Karakterisasi Membran Komposit Nilon-Arang Untuk Proses Filtrasi Timbal.

KARAKTERISASI MEMBRAN KOMPOSIT NILON-ARANG
UNTUK PROSES FILTRASI TIMBAL

ABDU SYAKIR

DEPARTEMEN FISIKA
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 Karakterisasi Membran
Komposit Nilon-Arang Untuk Proses Filtrasi Timbal 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
Abdu Syakir
NIM G74100028

ABSTRAK
ABDU SYAKIR. Karakterisasi Membran Komposit Nilon-Arang Untuk Proses
Filtrasi Timbal. Dibimbing oleh JAJANG JUANSAH dan IRZAMAN.
Penelitian teknologi pembuatan membran yang berasal dari benang nilon
dengan penambahan arang kulit pisang kepok ini telah dilaksanakan. Membran
dibuat dengan variasi komposisi masing-masing 6.9 g, 6.6 g, 6.5 g, 6.5 g, dan 6.5
g benang nilon dan berturut-turut ditambahkan 0.1 g, 0.4 g, 0.5 g, 0.75 g, dan 0.25
g arang kulit pisang kepok. Penelitian ini telah dianalisis sifat-sifat kelistrikan,
mekanik, dan spektrum (Fourier Transform Infra Red) FTIR dari membran yang
dihasilkan. Selain itu dilakukan pengujian larutan hasil filtrasi yang meliputi
kerapatan, viskositas, dan kandungan logam. Hasil penelitian menunjukkan bahwa
membran dengan komposisi 6.5 g benang nilon dan 0.5 g arang kulit pisang kepok
cukup baik dalam mengurangi timbal di air. Pengujian sifat listrik dengan
menggunakan LCR meter memperlihatkan bahwa terjadi pergeseran kurva yang
membuktikan adanya perubahan sifat listrik membran dari sebelum dan sesudah

filtrasi. Pengujian FTIR memperlihatkan bahwa arang kulit pisang kepok
memiliki gugus uluran O-H, C=N, C=C, C-N aromatik dan C-O. Membran
benang nilon dengan penambahan arang kulit pisang kepok memiliki gugus fungsi
amida dan gugus hidrokarbon tetapi keduanya terjadi overlap.
Kata kunci : Arang kulit pisang kepok, filtrasi, membran, timbal

ABSTRACT
ABDU SYAKIR. Characterization Composite Membrane of Nylon-Charcoal for
Filtration Process. Supervised by JAJANG JUANSAH and IRZAMAN.
Research about membrane technology that made from nylon thread with
extra banana peel kepok charcoal had been done. Membranes had been made from
ingredient variation, there are 6.9 g, 6.6 g, 6.5 g, 6.5 g, and 6.5 g nilon thread
which added by ingredient of banana peel kepok charcoal in a series are 0.1 g, 0.4
g, 0.5 g, 0.75 g, and 0.25 g. This research had been analyzed about electrical
properties, mechanic, and FTIR (Fourier Transform Infra Red) spectrum from
membranes that had been made. In addition, the resulting solution filtration tested
include density, viscosity, and metal content. Result of this research showed that
membrane with ingredient 6.5 g nylon thread added 0.5 g banana peel kepok
charcoal is good enough to degradate plumbum in the water. Electrical properties
tested by LCR meter showed that the shift curves that prove a change in the

electrical properties of the membrane before and after filtration. FTIR tested
showed that banana peel charcoal has functional group that are stretching O-H,
C=N, C=C, C-N aromatic and C-O. Membrane of nilon thread which added
banana peel kepok charcoal has functional group amide and hydrocarbon but both
of them are overlap.
Keywords: Banana peel kepok charcoal, filtration, membrane, plumbum

KARAKTERISASI MEMBRAN KOMPOSIT NILON-ARANG
UNTUK PROSES FILTRASI TIMBAL

ABDU SYAKIR

Skripsi
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Sarjana Sains pada
Departemen Fisika

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT PERTANIAN BOGOR

BOGOR
2014

Judul Skripsi : Karakterisasi Membran Komposit Nilon-Arang Untuk Proses
Filtrasi Timbal.
Nama
: Abdu Syakir
NIM
: G74100028

Disetujui oleh

Dr Jajang Juansah, MSi
Pembimbing I

Dr Ir Irzaman, MSi
Pembimbing II

Diketahui oleh

Dr Akhiruddin Maddu, MSi
Ketua Departemen Fisika

Tanggal disetujui:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah subhanahu wa ta’ala atas
segala karunia-Nya yang telah memberikan kesehatan sehingga skripsi ini dapat
diselesaikan. Skripsi yang berjudul Karakterisasi Membran Komposit NilonArang dalam Proses Filtrasi Timbal alhamdulillah telah dilaksanakan sejak bulan
Maret 2014 dan telah selesai dipertengahan bulan Juni 2014 sebagai salah satu
syarat kelulusan program sarjana di Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor.
Skripsi ini penulis tujukan untuk mendapatkan solusi permasalahan tentang
lingkungan terutama air dan sampah. Biasanya kita bermasalah dengan limbah
yang langsung dibuang ke lingkungan, atau di perkotaan banyak sekali kendaraan
yang asapnya menjadi polutan. Limbah dan asap tersebut mengandung zat yang
tidak baik untuk lingkungan, salah satunya adalah timbal. Penulis mencoba untuk
mengurangi zat timbal yang terkandung di air. Solusinya yaitu berupa membran
yang pembuatannya mudah dan efektif dalam mendegradasi zat tertentu sehingga
air yang tadinya tercemar timbal harapannya dapat kembali masuk dalam

klasifikasi air bersih.
Dalam penulisan skripsi ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak, oleh
karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak dan Ibu tercinta yang telah memberikan doa dan dukungan dalam
menjalankan penelitian.
2. Bapak Dr Jajang Juansah, MSi sebagai pembimbing I skripsi yang
memberikan motifasi, arahan, dan pengetahuan mengenai membran.
3. Bapak Dr Ir Irzaman, MSi sebagai pembimbing II skripsi yang
memberikan pengetahuan dan wawasan mengenai fisika.
4. Bapak Mahfudin Zuhri, Msi sebagai penguji yang memberikan
pengetahuan bahwa fisika adalah filosofi kehidupan.
5. Ryani Khairozi sebagai asisten yang menemani dalam pencarian ide
penelitian.
6. Saudara dan sahabat yang memberikan banyak semangat.
7. Teman-teman seperjuangan Fisika IPB 47 yang menjadi teman disaat
suka maupun duka.
8. Teman sesama penelitian membran yaitu nindya, amel, yuyun, lilis,
arini, nurul, dan eer.
Selanjutnya, penulis menyadari bahwa usulan penelitian ini jauh dari
sempurna, maka dari itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun.

Akhir kata penulis ucapkan terimakasih dan semoga apa yang terdapat
dalam usulan penelitian ini dapat bermanfaat dan dapat dikembangkan menjadi
lebih baik kedepannya.

Bogor, September 2014
Abdu Syakir

DAFTAR ISI
DAFTAR TABEL

viii

DAFTAR GAMBAR

viii

DAFTAR LAMPIRAN

ix

PENDAHULUAN

1

Latar Belakang

1

Perumusan Masalah

2

Tujuan Penelitian

2

Manfaat Penelitian

2

METODE

3

Waktu dan Tempat Penelitian

3

Alat dan Bahan

3

Pembuatan Arang Kulit Pisang Kepok

3

Aktivasi Arang

3

Pembuatan Membran

4

Pembuatan Larutan Timbal

4

Filtrasi Melalui Dua Tahapan

4

Karakterisasi Membran

5

Karakterisasi Larutan

7

HASIL DAN PEMBAHASAN

8

Karakteristik Arang Kulit Pisang Kepok

8

Karakteristik Membran

9

Filtrasi Larutan Uji

19

Spektrum Forier Transform Infra Red

22

Morfologi Membran Komposit Nilon-Arang

27

SIMPULAN DAN SARAN

28

Simpulan

28

Saran

28

DAFTAR PUSTAKA

29

LAMPIRAN

32

RIWAYAT HIDUP

51

DAFTAR TABEL
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Kuat tekan membran komposit sebelum filtrasi
Kuat tarik membran komposit sebelum filtrasi
Kuat tekan membran komposit setelah filtrasi tahap satu
Kuat tekan membran komposit setelah filtrasi tahap dua
Kuat tarik membran komposit setelah filtrasi tahap satu
Kuat tarik membran komposit setelah filtrasi tahap dua
Massa jenis dari larutan dengan volume 20 ml
Kekentalan atau viskositas dari larutan
Konsentrasi timbal dalam larutan
Karakteristik inframerah arang kulit pisang kepok
Karakteristik inframerah membran benang nilon
Karakteristik inframerah membran benang nilon dan membran
komposit dengan komposisi arang kulit pisang kepok 5.71 %.
13 Perbedaan karakteristik inframerah antara membran nilon,
membran komposit dan membran komposit yang sudah dilakukan
penyerapan terhadap larutan timbal.
14 Konstanta pegas harmonik dan anharmonik sampel

12
12
13
13
14
14
20
20
21
23
24
25

26
26

DAFTAR GAMBAR
1 Skema sistem pemisahan dua fasa oleh membran.
2 Wadah kiln drum untuk proses pembakaran
3 Skema alat pada proses filtrasi dua tahapan
4 Skema pengukuran dengan menggunakan LCR meter
5 Skema uji sifat mekanik membran (a) kuat tekan dan (b) kuat tarik
6 Daerah serapan inframerah
7 Aliran fluida dalam bidang gesek
8 Pengukuran bobot selama proses swelling setiap dua jam
9 Fluks larutan timbal yang melewati lima karakter membran
benang nilon dengan komposisi arang kulit pisang kepok
10 (a) Fluks larutan timbal melewati lima karakter membran tahap
satu, (b) Flux larutan timbal melewati lima karakter membran
tahap dua.
11 Impedansi membran (a) Nr1, (b) Nr2, (c) Nr3 ,(d) Nr4, (e) Nr5.
12 Konduktansi membran (a) Nr1, (b) Nr2, (c) Nr3 ,(d) Nr4, (e) Nr5.
13 Kapasitansi membran (a) Nr1, (b) Nr2, (c) Nr3 ,(d) Nr4, (e) Nr5.
14 Hasil pengukuran viskositas larutan uji setelah filtrasi tahap satu
dan dua, yaitu yang melewati membran Nr1, Nr2, Nr3, Nr4, dan
Nr5.
15 Konsentrasi timbal pada masing-masing larutan uji
16 (a) Spektra FTIR kulit pisang kepok. (b) spektra FTIR arang kulit
pisang kepok eksperimen.
17 (a) Spektra FTIR membran benang nilon. (b) spektra FTIR
membran benang nilon eksperimen.

1
3
4
5
6
6
8
9
11

12
16
17
18

21
22
23
24

18 (a) Spektra FTIR membran benang nilon ekperimen (b) Spektra
FTIR membran komposit dengan komposisi arang kulit pisang
kepok 5.71 % ekperimen.
19 (a) Spektra FTIR membran benang nilon, (b) Spektra FTIR
membran dengan komposisi arang kulit pisang kepok 5.71 %. (c)
Spektra FTIR membran dengan komposisi arang kulit pisang
kepok 5.71 % yang sudah menyerap Timbal 25 %.
20 Morfologi surface (permukaan) membran komposisi 6.9 g benang
nilon dan 0.1 g arang (a) sebelum, (b) setelah filtrasi tahap satu
21 Morfologi surface (permukaan) membran dengan komposisi (a)
6.9 g benang nilon dan 0.1 g arang, (b) 6.9 g benang nilon dan
0.1 g arang

25

26
27

27

DAFTAR LAMPIRAN
1
2
3
4
5
6

7
8
9
10
11
12
13
14
15
16

(a) Skema LCR hitester HIOKI, (b) Komputer interface lcr meter,
(b) Proses stirer untuk penghomogenan.
(a) Plat kaca dan sudip silinder, (b) Perendaman ke aquades
membran yang dicetak (c) Force sensor.
(a) Tabung gelas, (b) Spektroskopi serapan atom, (c)
Komputerisasi spektroskopi serapan atom.
(a) Jangka sorong, (b) Gilmont, (c) Penumbukan dengan mortar.
(a) Ayakan arang, (b) Filtrasi, (c) kiln drum karbonisasi arang, (d)
Arang kulit pisang kepok.
(a) Arang hasil furnace, (b) Perendaman arang dengan NaOH, (c)
Arang kulit pisang kepok yang sudah di aktivasi, (d) Pengenceran
larutan timbal nitrat.
(a) skema alat pengujian FTIR, (b) benang nilon, (c) timbal nitrat
25%.
Hasil data fluks larutan uji pada filtrasi dengan membran.
Hasil pengujian impedansi terhadap frekuensi membran 6.9 g
benang nilon dengan 0.1 g arang.
Hasil pengujian impedansi terhadap frekuensi membran 6.6 g
benang nilon dengan 0.4 g arang.
Hasil pengujian impedansi terhadap frekuensi membran 6.5 g
benang nilon dengan 0.5 g arang.
Hasil pengujian impedansi terhadap frekuensi membran 6.5 g
benang nilon dengan 0.75 g arang.
Hasil pengujian impedansi terhadap frekuensi membran 6.5 g
benang nilon dengan 0.25 g arang.
Hasil pengujian konduktansi terhadap frekuensi membran 6.9 g
benang nilon dengan 0.1 g arang.
Hasil pengujian konduktansi terhadap frekuensi membran 6.6 g
benang nilon dengan 0.4 g arang.
Hasil pengujian konduktansi terhadap frekuensi membran 6.5 g
benang nilon dengan 0.5 g arang.

32
32
32
32
33

33
33
34
35
35
36
37
37
38
39
40

17 Hasil pengujian konduktansi terhadap frekuensi membran 6.5 g
benang nilon dengan 0.75 g arang.
18 Hasil pengujian konduktansi terhadap frekuensi membran 6.5 g
benang nilon dengan 0.25 g arang.
19 Hasil pengujian kopasitansi terhadap frekuensi membran 6.9 g
benang nilon dengan 0.1 g arang.
20 Hasil pengujian kopasitansi terhadap frekuensi membran 6.6 g
benang nilon dengan 0.4 g arang.
21 Hasil pengujian kopasitansi terhadap frekuensi membran 6.5 g
benang nilon dengan 0.5 g arang.
22 Hasil pengujian kopasitansi terhadap frekuensi membran 6.5 g
benang nilon dengan 0.75 g arang.
23 Hasil pengujian kopasitansi terhadap frekuensi membran 6.5 g
benang nilon dengan 0.25 g arang.
24 Keadaan diatomik atau saat dua molekul berikatan
25 Hasil perhitungan konstanta pegas stretching harmonik
26 Hasil perhitungan frekuensi, konstanta stretcing anharmonik, dan
konstanta pegas.
27 Hasil SEM morfologi permukaan membran komposit komposisi
6.9g benang nilon dan 0.1 g arang sebelum filtrasi perbesaran (a)
5000 (b) 25000 , setelah filtrasi tahap satu perbesaran (c)
5000 (d) 25000 .
28 Hasil SEM morfologi permukaan membran komposit komposisi
6.5g benang nilon dan 0.75 g arang sebelum filtrasi perbesaran (a)
5000 (b) 25000

40
41
42
42
43
44
45
46
47
49

50

50

1

PENDAHULUAN
Latar Belakang
Manusia hidup sangat bergantung pada air. Air merupakan sumber
kehidupan. Walaupun air adalah senyawa sederhana yaitu H2O, tapi manfaatnya
sangatlah banyak. Air bersih dan murni merupakan sesuatu yang semakin penting
juga langka dengan semakin majunya iptek masyarakat dan peradaban industri,
karena industri banyak memproduksi zat pencemar. Sebaliknya, berkat iptek juga
dapat memperbaiki mutu air. Belum pernah di dalam sejarah manusia dapat
memurnikan air seperti sekarang ini. Air murni sangat diperlukan bagi industri
kimia, farmasi, pangan, sampai elektronika bahkan untuk penunjang penelitian.
Air bersih makin jadi tuntutan kehidupan sehari-hari.1
Sekarang ini lingkungan di daerah perkotaan terutama di sungai-sungai
sangat memprihatinkan, masalahnya banyak sekali hal-hal kecil yang
menyebabkan lingkungan jadi tercemar. Sungai-sungai perkotaan tercemar oleh
beberapa hal, karena di perkotaan banyak pabrik industri maka diduga ada zat-zat
yang kurang baik yang mencemari air, misalkan saja timbal.
Pencemaran juga terjadi tidak hanya pada air di sungai atau sengkedan
daerah perkotaan, tapi banyak juga pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh
sampah. Misalkan saja karena banyak penjual gorengan sehingga banyak kulit
pisang pada kumpulan sampah di jalan-jalan, dan apabila banyak industri kain,
maka banyak limbah benang di jalan-jalan perkotaan. Permasalahan yang
sebenarnya sesuatu hal kecil, karena kurangnya pemanfaatan dan pengkajian
terhadap yang kecil tersebut, sehingga dapat berpotensi merusak lingkungan
sekitarnya. Mencoba memperhatikan hal kecil seperti sampah kulit pisang dan
limbah benang mungkin diharapkan dapat membantu mengurangi pencemaran
lingkungan hidup.
Semakin majunya teknolgi memberikan beberapa solusi untuk pencemaran
lingkungan terutama pada air. Salah satu teknologi adalah membran. Membran
merupakan selaput semipermeabel, berupa lapisan tipis dan dapat memisahkan
dua fasa dengan karakter berbeda. Fasa pertama adalah feed atau larutan
pengumpan yaitu komponen yang dipisahkan dan fasa kedua adalah permeate,
yaitu komponen hasil pemisahan. Kemampuan pemisahan untuk melewatkan
suatu komponen atau molekul dipengaruhi oleh adanya perbedaan sifat fisik dan
kimia antara membran dan komponen.2 Skema sistem pemisahan dua fasa oleh
membran dapat dilihat pada Gambar 1.3

Gambar 1 Skema sistem pemisahan dua fasa oleh membran.

2
Cara tradisional juga tidak sedikit memberikan solusi untuk menjernihkan
air dari zat pencemar yang merugikan, misalkan dengan menggunakan tawas dan
arang. Berkembangnya teknologi telah menghadirkan salah satu arang hayati
tetapi terbuat dari kulit pisang kepok. Arang kulit pisang kepok merupakan salah
satu arang hayati (biocharcoal). Arang ini terbentuk dari kulit pisang kepok
dengan proses pembakaran di dalam kiln drum yaitu drum pembuat arang dan
juga telah melawati proses aktivasi dengan perendaman di NaOH 0.1 M.4
Penelitian ini mencoba menggabungkan dua teknologi yaitu membran dan
arang. Membran komposit nilon-arang adalah membran yang terbuat dari benang
nilon yang ditambahkan komposisi arang kulit pisang kepok. Memberikan
komposisi arang kulit pisang kepok untuk ditambahkan ke dalam membran
diharapkan dapat membantu mengefektifkan kerja membran dalam mengurangi
zat pencemar yang merugikan, dalam penelitian ini adalah timbal. Timbal atau
biasa disebut Pb (Plumbum) dalam bahasa latin, termasuk dalam kategori logam
berat. Masuk kedalam kategori logam berat karena memiliki berat jenis lebih dari
lima kali berat jenis air. Timbal (Pb) mempunyai berat atom 207.21, berat jenis
11.34 N/m3, bersifat lunak dan berwarna biru atau silver abu- abu dengan kilau
logam kadang tidak berwarna dalam sebuah senyawa, nomer atom 82 mempunyai
titik leleh 327.4 °C dan titik didih 1620 °C.5
Timbal atau timah hitam apabila terhisap melalui pernafasan dan termakan
akan mengakibatkan dampak yang sangat buruk terhadap kesehatan manusia,
dampaknya antara lain adalah menghambat pertumbuhan IQ anak, menghambat
metabolisme tubuh, menghambat mekanisme kerja enzim dalam pembentukan sel
darah merah dan mengganggu fungsi kerja ginjal.5
Perumusan Masalah
1. Bagaimana cara menyaring zat pencemar seperti timbal dari air?
2. Bagaimana pengaruh komposisi arang kulit pisang kepok dan benang nilon
dalam membantu kerja dari membran untuk filtrasi air tercemar?
Tujuan Penelitian
1. Mempelajari fenomena fisika dalam pemanfaatan limbah benang nilon dan
kulit pisang kepok menjadi membran yang dapat mengurangi zat pencemar di
dalam larutan.
2. Menganalisis hasil pengujian membran dengan uji force sensor, LCR meter,
spektroskopi FTIR, dan morfologi dengan SEM.
3. Menganalisis hasil pengujian filtrasi larutan timbal dengan uji viskositas dan
uji konsentrasi timbal menggunakan spektroskopi serapan atom.
Manfaat Penelitian
Penelitian ini sangat bermanfaat untuk membantu manusia untuk
memanfaatkan hal-hal kecil yang sudah tidak dimanfaatkan lagi seperti limbah
benang nilon dan limbah kulit pisang, bahkan dapat dibuat membran yang mampu
mengurangi timbal dari air.

3

METODE
Waktu dan Tempat Penelitian
Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Biofisika Departemen Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor, dan
Laboratorium Fisika Material Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor bulan Maret 2014 sampai dengan
Juni 2014.
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah pemanas furnace, ayakan
200 mesh, corong, gelas kimia, isolasi bening, force sensor interface, neraca
analitik, cawan petri, sudip, pipet tetes, gelas ukur, gelas piala, stirrer, magnetik
stirrer, plat kaca, nampan, aluminium foil, stabilizer, kabel, plat konduktor,
HIOKI 3522-50 LCR, spektrofotometri serapan atom, gilmount kamera 5 mega
pixel, laptop. Bahan utama yang digunakan pada penelitian ini adalah benang
nilon 100 % dan kulit pisang kepok dengan bahan pendukung seperti, HCl 20 %,
NaOH 0.1 M, HCl 0.1 %, akuades, aseton, dan larutan timbal 2.5 %.
Pembuatan Arang Kulit Pisang Kepok
Kulit pisang dibersihkan dari sisa-sisa kotoran dengan air bersih, lalu
Mengeringkan dengan sinar matahari. Selanjutnya Memasukkan ke dalam drum
(alat pembuatan arang) kemudian bakar kurang lebih satu jam sampai jadi arang
seperti Gambar 2, dan membiarkan dingin hingga terbentuk arang kulit pisang
kepok.4
Aktivasi Arang
Arang dikeringkan dengan furnace pada suhu 105 °C selama + 1 jam untuk
menghilangkan kadar airnya. Selanjutnya menghaluskan arang dengan ukuran 200
mesh. Aktivasi arang dengan cara merendam ke dalam larutan NaOH 0.1 M
selama 1 jam. Memanaskan kembali dalam furnace pada suhu 100 °C selama + 1
jam. Setelah dingin, kemudian dicuci dengan HCl 0.1 % dan aquades, dikeringkan
berulang kali pada suhu 105 °C hingga berat konstan + 2 jam.4

25 cm
25 cm
25 cm
25 cm

Gambar 2 Wadah kiln drum untuk proses pembakaran

4
Pembuatan Membran
Membran dibuat dengan menggunakan proses inversi fasa rendam endap.
Teknik ini terjadi proses difusi pelarut ke dalam air dan difusi air terhadap lapisan
film, pembentukan lapisan (proses gelasi/kristalisasi), pembentukan lapisan
berpori di bawah lapisan tipis dan penghilangan sisa pelarut.6 Langkah pertama
timbang bobot benang nilon 100 % dan arang dengan variasi komposisi yaitu
masing-masing 6.5 g, 6.5 g, 6.5 g, 6.6 g, dan 6.9 g untuk benang nilon dan 0.1 g,
0.4 g, 0.5 g, 0.75 g, dan 0.25 g untuk arang kulit pisang kepok. Sehingga
diperoleh persentase masing-masing 1.43 %, 5.71 %, 7.14 %, 10.34 %, dan 3.7 %.
Lakukan pencampuran masing-masing variasi bobot benang nilon dan arang
kulit pisang kepok, 20 ml HCl dan 2 ml aseton kemudian dilakukan pengadukan
dengan stirer selama + 1 jam sampai larutan homogen. Setelah homogen, cetak
larutan pada plat kaca yang tepi kanan dan kirinya sudah dilapisi isolasi untuk
menetapkan ketebalannya dengan menggunakan benda silinder. Kemudian
dimasukkan ke- aquades selama + 7 menit, lalu membran yang terbentuk
dikeringkan + 12 jam. Maka, didapat lima membran berbeda yaitu Nr1, Nr2, Nr3,
Nr4, dan Nr5 masing-masing dengan persentase arang di dalam membran sebesar
1.43 %, 5.71 %, 7.14 %, 10.34 %, dan 3.7 % dengan ketebalan 0.0105 + 0.005 cm.
Pembuatan Larutan Timbal
Larutan dibuat dengan melarutkan timbal di dalam air. Timbal nitrat cair
25 % dituang ke gelas dalam ukur sampai 50 ml, lalu aquades dituang ke dalam
gelas ukur yang lain sampai 450 ml. Kemudian campurkan timbal nitrat dan
aquades yang sudah diukur masing-masing volumenya ke dalam gelas piala, dan
aduk sampai homogen, sehingga didapat 2.5 % larutan timbal.
Filtrasi Melalui Dua Tahapan
Larutan timbal 2.5 % yang telah dibuat difiltrasi dua kali tahapan ke
membran dengan luas ditetapkan 8 cm2, yaitu dengan menggunakan membran
arang kulit pisang kepok berturut-turut Nr1, Nr2, Nr3, Nr4, dan Nr5. Sehingga
filtrasi dari masing-masing membran akan mendapatkan dua sampel larutan, yaitu
dari tahap satu dan tahap dua juga dua sampel membran setelah filtrasi yaitu tahap
satu dan tahap dua. Skema filtrasi dapat dilihat pada Gambar 3.

Gambar 3 Skema alat pada proses filtrasi dua tahapan

5
Karakterisasi Membran
Uji flux
Fluks merupakan banyaknya volume fluida yang melewati membran. Fluks
larutan timbal dipengaruhi oleh material polimer yang digunakan dalam
pembuatan membran, gaya dorong yang dikenakan pada proses membran dan
fouling.7 Gaya dorong pada penelitian ini adalah dengan gaya berat larutan yang
dipengaruhi massa larutan pada volume tertentu dan grafitasi. Jenis polimer yang
digunakan dan besarnya konsentrasi yang digunakan dalam pembuatan membran
akan mempengaruhi struktur dan karakter membran yang terbentuk seperti ukuran
pori, distribusi pori, dan respon terhadap fouling. Fluks dapat dinyatakan dengan
Persamaan (1).

J=

(1)

Keterangan : J adalah fluks (l m-2 s-1), V adalah volume hasil pemisahan (l), A
adalah luas membran yang dilalui (m2), t adalah waktu (s).
Karakterisasi sifat listrik
Sifat listrik yang diuji adalah impedansi, konduktansi, dan kapasitansi
dengan menggunakan LCR Hitester 3522-50. LCR Hitester 3522-50 adalah suatu
instrumen fisika yang dapat mengetahui sifat listrik suatu bahan.6 Membran
sebelum filtrasi, setelah filtrasi tahap satu dan dua diletakkan diantara dua plat
kapasitor kemudian kedua kabelnya dijepitkan ke penjepit pada LCR. Selanjutnya
atur LCR dengan memberi arus konstan 0.5 mA, kecepatannya slow, average 4
kali, dan tegangan limitnya ditekan off. Setelah itu buka program HIOKI untuk
melakukan pengujian. Setelah program terbuka dan sudah terhubung dengan LCR,
lalu klik run dan atur frekuensi dari 1 kHz sampai 1 MHz juga atur untuk 100
poin. Kemudian klik measure dan lakukan penyimpanan dokumen berupa
frekuensi dan data, lalu tunggu sampai proses selesai. Skema sistem pengukuran
sifat listrik dengan LCR meter dapat dilihat pada Gambar 4.
Karakterisasi sifat mekanik
Sifat mekanik yang diuji yaitu kuat tekan dan kuat tarik. Untuk mengukur
kuat tekan digunakan alat force sensor interface. Pengukuran kuat tekan dilakukan
seperti skema kuat tekan pada Gambar 5, membran sebelum filtrasi, setelah filtrasi
tahap satu dan dua dijepit lalu pada tengah-tengah membran ditusukkan alat yang
sudah terhubung force sensor dan komputer. Diameter penekan yang digunakan
yaitu 11 mm, dan membran ukurannya 2 x 1.5 cm. Kuat tekan yang dimaksud
adalah tekanan sampai membran putus. Kuat tarik dilakukan dengan memberi
lakban pada salah satu sisi untuk mengkaitkan membran berukuran 2 x 1.5 cm
dengan sensornya. Kemudian diukur gaya maksimumnya yang terlihat dalam
grafik hubungan antara gaya dengan waktu penekanan atau penarikan.

Gambar 4 Skema pengukuran dengan menggunakan LCR meter

6

(a)

(b)

Gambar 5 Skema uji sifat mekanik membran (a) kuat tekan dan (b) kuat tarik
Analisis Forier Transform Infra Red
Melihat kandungan gugus pada sampel dengan FTIR yaitu menguji arang
kulit pisang, menguji sampel membran nilon tanpa arang kulit pisang, menguji
membran yang dicampur arang kulit pisang yang memiliki karakter paling
dominan dari pengujian sebelumnya, dan menguji membran pada tahap ketiga
tetapi sudah melalui filtrasi dua tahapan. Sebelumnya lakukan preparasi dengan
suhu 120 °C selama 2 jam. Setelah semua diuji dan didapatkan hasilnya,
kemudian dianalisis dan dicari nilai konstanta pegasnya.
Atom-atom di dalam suatu molekul selalu bergetar dan tidak bisa diam.
Ikatan yang menghubungkan dua atom dimisalkan dengan dua bola yang
dihubungkan pegas. Bila radiasi infra merah dilewatkan melalui suatu cuplikan,
maka molekul molekulnya dapat menyerap (mengabsorpsi) energi dan terjadilah
transisi diantara tingkat vibrasi (ground state) dan tingkat vibrasi tereksitasi (excited
state). Daerah serapan inframerah oleh molekul dapat dilihat pada Gambar 6.8
Bilangan gelombang (cm-1)

Panjang gelombang (µm)

Gambar 6 Daerah serapan inframerah
Pemodelan konstanta pegas pada arang dan membran didapat dengan
menghitung frekuensi, konstanta harmonik dan konstanta anharmonik. Untuk
menghitung frekuensi dan konstanta harmonik digunakan dengan menggunakan
hukum Hooke pada Persamaan (2).9

f=

(2)

keterangan :
f : frekuensi
k : kontanta pegas
µ : massa tereduksi
Massa tereduksi adalah saat molekul yang bervibrasi terdiri dari dua atom
yang memiliki massa dan dapat dilakukan penyederhanaan dengan massa
tereduksi dengan persamaan (3).9

7



=

µ=

(3)

Sedangkan nilai frekuensi, konstanta anharmonik dan konstanta pegas
ikatan molekul dalam spektrum FTIR untuk model anharmonik sederhana
dirumuskan sesuai Persamaan (4), (5), (6), (7), (8) :
̅

̅

̅

̅ {

̅

Keterangan :
̅ frekuensi vibrasi
konstanta anharmonik
tingkatan energi

̅

-

cm-1 dengan

(4)

}

(5)

) cm-1

(6)

-

) cm-1

(7)

-

) cm-1

(8)

Uji morfologi dengan Scaning Electron Microscop
Melihat struktur morfologi surface membran yang telah dibuat dan siap
untuk melakukan filtrasi terhadap larutan dengan menggunakan Scanning
Electron Microscope (SEM). Meletakkan lembaran tipis membran dibawah lensa
pengamat atau diatas meja objek dari SEM, kemudian menjalankan sesuai
prosedur dan melakukan scanning pengamatan pada membran, yaitu membran
yang lebih dominan karakteristiknya.
Karakterisasi Larutan
Massa jenis atau kerapatan
Larutan dimasukkan ke dalam gelas ukur, lalu dilakukan perhitungan
volumenya. Sebelumnya melakukan penimbangan gelas ukur yang belum terisi
larutan, dan melakukan penimbangan pada gelas ukur yang sudah terisi larutan,
sehingga didapatkan bila melakukan pengurangan nilai pengukuran gelas yang
terisi larutan dengan yang belum terisi apapun maka didapat massa larutan bersih.
Sehingga dapat diketahui nilai massa jenis yaitu membagi nilai massa dengan
volume larutan. Kerapatan merupakan suatu ukuran konsentrasi massa dan
dinyatakan dalam bentuk massa tiap satuan volume seperti dirumuskan dalam
Persamaan (9). Kerapatan bervariasi sesuai dengan konsentrasi larutan.7

ρ

(9)

Viskositas
Viskositas atau kekentalan () adalah sifat suatu cairan yang menunjukkan
adanya tahanan dalam atau gesekan pada cairan yang bergerak. Hal ini
ditunjukkan oleh adanya perbedaan kecepatan antara lapisan-lapisan cairan seperti

8
Gambar 7. Kecepatan lapisan zat cair yang berhimpit dengan dinding pipa sama
dengan nol. Bentuk permukaan aliran seperti itu disebut aliran lapisan (laminer).10
viskositas dari larutan dapat dihitung dengan Persamaan (10). Penelitian ini
menghitung viskositas dengan metode kecepatan bola jatuh dalam pipa berisi
larutan atau gilmount.
(10)
Keterangan : k adalah konstanta viskometer (6.39 x 10-3 cm-3 s-2), ρb adalah
kerapatan bola besi (7.96 g cm-3), ρl adalah kerapatan larutan (g ml-1), v adalah
kecepatan bola besi jatuh (cm s-1).

Gambar 7 Aliran fluida dalam bidang gesek
Uji kadar logam timbal dengan spektroskopi serapan atom
Larutan timbal yang sudah dilakukan penyaringan dicairkan 250 ,
kemudian diuji dengan spektrofotometri serapan atom. Perbedaan konsentrasi
logam timbal sebelum dan sesudah perlakuan merupakan jumlah ion logam timbal
yang terserap dengan panjang gelombang lampu katoda ditetapkan 283.3 nm.

HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakteristik Arang Kulit Pisang Kepok
Pembuatan arang kulit pisang kepok ini diawali dengan menyiapkan kulit
pisang secukupnya yaitu dengan mencuci bersih dari kotoran kemudian jemur
selama + 7 hari. Kulit pisang yang sudah bersih dibakar menggunakan drum
pembakaran sampai menjadi arang hayati aktif pisang kepok. Arang tersebut
difurnace dengan suhu 105 °C untuk menghilangkan kadar air, lalu arang
dihaluskan sampai ukuran 200 mesh. Setelah didapat ukuran 200 mesh, arang
direndam dengan NaOH 0.1 M yang bertujuan untuk memprbesar pori-pori.
Proses aktifasi pada prinsipnya merupakan proses memperbesar pori dengan cara
memecah ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan.11
Aktivasi kimia merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik
dengan pemakaian bahan-bahan kimia. NaOH dalam aktifasi kimia ini
mereaksikan karbon hasil pirolisis. Proses perendaman dengan NaOH ini
bertujuan untuk membersihkan permukaan pori, membuang senyawa pengganggu,
dan menata kembali letak atom yang dipertukarkan.12
Sehingga didapat data yaitu kadar air 6.5 %, zat terbang 26.464 %, kadar
abu 26.624 %, fixed karbon 47.912 %, dan daya serap iodien 439.4 mg/g dihitung
dengan uji sesuai SNI. Kadar air didapat dari memberikan perlakuan suhu 105 °C
pada 2 gram arang kulit pisang kepok yang sudah diaktifasi selama 3 jam, lalu
lakukan perhitungan bobot awal dikurangi bobot akhir dibagi bobot awal dikali

9
dengan 100 % maka didapat kadar air yang menguap dari arang tersebut sebesar
6.5 %.13 Kadar air akan mempengaruhi daya penyerapan dari arang aktif. Fixed
karbon menandakan karbon aktif yang benar-benar terbentuk dalam arang kulit
pisang kepok yaitu 47.912 % dari total arang yang diukur karena sekitar 52 %
yang lainnya adalah zat terbang dan kadar abu. Daya serap arang terhadap iodien
menandakan ukuran pori dari arang tersebut. Larutan iodien memiliki ukuran
partikel yang cukup besar, sehingga arang yang sudah diaktivasi dapat menyerap
iodien lebih baik. Karena arang yang sudah diaktivasi meningkatkan jumlah poripori dan memperbesar luasan pori salah satunya dengan membersihkan dari
senyawa pengganggu yang mampu meningkatkan daya serapnya terhadap
iodien.14 Daya serap iodien 439.4 mg/g belum sesuai standar SNI 1995 yaitu 750
mg/g namun sudah cukup meningkat karena daya serap iodien arang kayu
sebelum diaktivasi sekitar 200 mg/g.
Karakteristik Membran

Bobot (gram)

Membran komposit nilon-arang telah dibuat dengan lima variasi komposisi
yaitu 1.43 %, 5.71 %, 7.14 %, 10.34 %, dan 3.7 % arang kulit pisang kepok
kemudian dilakukan filtrasi. Setelah filtrasi dengan dua tahapan akan didapat 10
sampel larutan dan 10 sampel membran beda perlakuan. Sebelum filtrasi
membran dan larutan dikarakterisasi dahulu. Membran dikarakterisasi dengan uji
swelling, sifat mekanik dan sifat listrik. Larutan diuji massa jenisnya, uji
kekentalan atau viskositas dari perhitungan laju bola dalam pipa dipersempit, dan
uji kadar logam timbal. Setelah difiltrasi membran dan larutan juga diuji kembali,
lalu dilihat juga flux dari filtrasi tersebut yang menggambarkan pori dari membran.
Kemudian data diperkuat dengan uji morfologi dengan Scaning Electron
Microscop dan analisis Forier Transform Infra Red untuk arang kulit pisang
kepok, membran nilon, membran nilon ditambah arang kulit pisang kepok, dan
membran nilon ditambah arang kulit pisang kepok setelah menyerap timbal.
Hasil uji swelling atau proses penyerapan oleh membran dapat dilihat pada
Gambar 8 yang menjelaskan bahwa terjadi kenaikan bobot saat perendaman pada
2 jam pertama naik + 426.923 % dari bobot awal, kemudian 2 jam kedua naik +
16.058 % dari bobot 2 jam pertama, dan terakhir naik lagi pada 2 jam ketiga yaitu
+ 2.516 % dari bobot 2 jam kedua. Membran dengan variasi komposisi ditimbang
massa awal kemudian direndam ke dalam larutan yang akan difiltrasi yaitu timbal
2.5 % di air lalu ditimbang setiap dua jam sampai terjadi kejenuhan atau bobot
tidak naik lagi. Membran pada proses swelling terakhir di timbang setelah 24 jam.
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0

Nr1
Nr2
Nr3
Nr4
1

2

3

4

5

6

Nr5

Waktu (Jam)

Gambar 8 Pengukuran bobot selama proses swelling setiap dua jam

10
Flux larutan timbal
Larutan timbal nitrat yang dilarutkan aquades hingga mendapatkan larutan
timbal nitrat 2.5 %. Larutan tersebut dilewatkan ke lima membran nilon-arang
yaitu Nr1, Nr2, Nr3, Nr4, dan Nr5 dengan dua tahapan. Hasil yang didapat adalah
sesuai dengan Gambar 9. Flux terjadi pergeseran naik dan turun antara tahap satu
dan tahap dua. Dapat dilihat pada membran dengan 6.5 g benang nilon dan 0.75 g
arang kulit pisang kepok mengalami pergesaran naik kurva yaitu pada tahap satu
rata-rata + 0.002094 l m-2 s-1 dan tahap dua + 0.002438 l m-2 s-1. Kemudian besar
fluks membran dengan 6.5 g benang nilon dan 0.5 g arang kulit pisang kepok
mengalami pergeseran turun yaitu pada tahap satu rata-rata + 0.002894 l m-2 s-1
dan tahap dua + 0.001156 l m-2 s-1.
Membran dengan 6.5 g benang nilon dan 0.5 g arang kulit pisang kepok dan
6.9 g benang nilon dan 0.1 g arang kulit pisang kepok terjadi pergeseran naik
kurva fluks terhadap waktu. Tetapi pada komposisi dengan arang yang lebih
sedikit tidak terlalu besar peningkatan atau penurunan kurvanya. Fluks pada
masing-masing membran nilon terjadi penurunan fluks tiap waktu, hal tersebut
karena terjadi fouling. Kenaikan kurva terjadi karena adanya proses penyerapan
diawal oleh membran dan arang kulit pisang kepok.
Fluks pada tahap satu dan tahap dua di Gambar 10 (halaman 12)
memperlihatkan terjadinya proses penutupan pori atau yang disebut dengan
fouling. Fluks adalah perubahan volume yang melewati luasan membran tertentu
setiap waktu dan akan menurun karena terjadi fouling pada membran. Awal
proses membran mengalami penyerapan terhadap larutan sebelum akhirnya
melakukan filtrasi. Sehingga diawal proses terlihat bahwa terjadinya kenaikan
fluks yang kemudian fluks menurun kembali secara berkala. Pada gambar terjadi
naik turunnya kurva karena membran melakukan penyerapan dan filtrasi terhadap
larutan.
Tahap satu memperlihatkan membran dengan komposisi 6.5 g benang nilon
ditambah 0.75 g arang kulit pisang kepok memiliki nilai fluks terbesar.
Sedangkan tahap dua terbesar pada penambahan 0.5 g arang kulit pisang kepok.
Hal ini karena komposisi arang mempengaruhi kondisi pori, sehingga semakin
banyak penambahan arang mengakibatkan lebih banyak pori-pori membran yang
terisi oleh arang. Tetapi membran tersusun lebih banyak nilon yang
mengakibatkan strukturnya lebih rapat. Tahap satu membran dengan arang lebih
sedikit fluksnya kecil yaitu + 0.000204 l m-2 s-1 dibandingkan dengan komposisi
arang yang lebih banyak yaitu + 0.002894 l m-2 s-1. Tahap dua membran dengan
arang lebih sedikit fluksnya kecil yaitu + 0.000204 l m-2 s-1 dibandingkan dengan
komposisi arang yang lebih banyak yaitu + 0.002894 l m-2 s-1.

11
3.0E-03

3.0E-03

Nr2 filtrasi tahap 1

Nr1 filtrasi tahap 2

2.0E-03
1.5E-03
1.0E-03

2.5E-03

Flux (l m-2 s-1)

Flux (l m-2 s-1)

2.5E-03

Nr1 filtrasi tahap 1

5.0E-04
0.0E+00
1.E+03

1.5E-03
1.0E-03
5.0E-04

5.E+03

0.0E+00
1.E+03

9.E+03

9.E+03

Waktu (s)

(a)

(b)
6.0E-03
Nr4 filtrasi tahap 1

Nr3 filtrasi tahap 1

8.0E-03

Nr3 filtrasi tahap 2

6.0E-03
4.0E-03
2.0E-03

5.0E-03

Flux (l m-2 s-1)

Flux (l m-2 s-1)

5.E+03

Waktu (s)
1.0E-02

0.0E+00
1.E+03

Nr2 filtrasi tahap 2

2.0E-03

Nr4 filtrasi tahap 2

4.0E-03
3.0E-03

2.0E-03
1.0E-03

5.E+03

9.E+03

0.0E+00
1.E+03

5.E+03

9.E+03

Waktu (s)

Waktu (s)

(c)

(d)

3.0E-03

Flux (l m-2 s-1)

2.5E-03

Nr5 filtrasi tahap 1
Nr5 filtrasi tahap 2

2.0E-03
1.5E-03
1.0E-03
5.0E-04

0.0E+00
1.E+03

5.E+03

9.E+03

Waktu (s)

(e)
Gambar 9 Fluks larutan timbal yang melewati lima karakter membran benang
nilon dengan komposisi arang kulit pisang kepok

12
Nr1
Nr2
Nr3
Nr4
Nr5

Flux (l m-2 s-1)

8.0E-03
6.0E-03
4.0E-03

Nr1
Nr2
Nr3
Nr4
Nr5

8.0E-03
6.0E-03
4.0E-03
2.0E-03

2.0E-03
0.0E+00
1.E+03

1.0E-02

Flux (l m-2 s-1)

1.0E-02

5.E+03

9.E+03

0.0E+00
1.E+03

5.E+03

9.E+03

Waktu (s)

Waktu (s)

(a)

(b)

Gambar 10 (a) Fluks larutan timbal melewati lima karakter membran tahap satu,
(b) Flux larutan timbal melewati lima karakter membran tahap dua.
Karakteristik sifat mekanik membran
Hasil pengujian sifat mekanik membran komposit dengan menggunakan
sensor gaya (force sensor) yaitu berupa kuat tekan dan kuat tarik. Dapat dilihat
pada Tabel 1 dan Tabel 2, hasil membuktikan bahwa didapat kuat tekan dan kuat
tarik yang paling besar adalah membran yang punya komposisi 6.5 g benang nilon
dan 0.75 g arang kulit pisang kepok dengan nilai berturut-turut 3.179 N cm-2 dan
0.81 N cm-2. Hal tersebut terjadi karena arang kulit pisang mengisi setiap pori-pori
membran benang nilon sehingga membran lebih terisi dan kuat.
Tabel 1 Kuat tekan membran komposit sebelum filtrasi
Bobot nilon Bobot arang
Gaya tekan
Luas di bawah
Kuat tekan
(g)
(g)
maksimum (N) kurva (kg m s-1)
(N cm-2)
6.9
0.1
1.095
0.9855
1.153
6.6
0.4
2.015
2.519
2.121
6.5
0.5
1.66
1.411
1.747
6.5
0.25
2.625
5.644
2.763
6.5
0.75
3.02
4.077
3.179*
* Nilai kuat tekan membran terbesar
Tabel 2 Kuat tarik membran komposit sebelum filtrasi
Bobot nilon Bobot arang
Gaya tekan
Luas di bawah
Kuat tarik
-1
(g)
(g)
maksimum (N) kurva (kg m s )
(N cm-2)
6.9
0.1
1.595
2.393
0.532
6.6
0.4
2.075
2.179
0.692
6.5
0.5
2.225
2.114
0.742
6.5
0.25
2.22
2.109
0.74
6.5
0.75
2.43
2.065
0.81*
* Nilai kuat tarik membran terbesar

13
Setelah melakukan filtrasi dengan larutan timbal 2.5 % didapat sampel
membran yang saat diuji sifat mekaniknya didapat kuat tarik dan kuat tekan.
Dapat dilihat berturut-turut pada Tabel 3, 4, 5, dan 6 nilai kuat tekan dan kuat
tariknya. Tabel 1 memperlihatkan nilai kuat tekan pada membran setelah difiltrasi
tahap satu. Nilai kuat tekan terbesar yaitu pada membran dengan komposisi 6.6 g
benang nilon dan 0.4 g arang kulit pisang kepok yang sebesar 4.084 N cm-2.
Sebenarnya tidak terlalu jauh dengan membran dengan komposisi 6.5 g benang
nilon dan 0.75 g arang kulit pisang kepok, tapi karena ada pengaruh dari filtrasi
dengan timbal yang menyebabkan komposisi tersebut memiliki kuat tekan lebih
besar. Dapat dilihat pada Tabel 3, 4 dan 5 bahwa membran dengan komposisi 6.6
g benang nilon dan 0.4 g arang kulit pisang kepok memiliki nilai kuat tekan dan
kuat tarik terbesar. Berturut-turut nilai kuat takan dan kuat tariknya yang terbesar
adalah 4.084 N cm-2, 3.916 N cm-2 dan 1.642 N cm-2. Sedangkan Tabel 6 yang
memperlihatkan kuat tarik pada membran setelah melakukan filtrasi tahap dua
didapat bahwa membran dengan komposisi 6.5 g nilon dan 0.75 g arang kulit
pisang kepok memiliki nilai kuat tarik terbesar dengan nilai 1.327 N cm-2.
Hal tersebut menggambarkan bahwa komposisi arang kulit pisang kepok
mempengaruhi hasil kuat tekan dan tarik dari membran benang nilon. Begitu juga
dengan larutan timbal yang ikut mempengaruhi sifat mekanik membran benang
nilon, terlihat dari pergeseran nilai kuat tekan dan kuat tarik yang paling besar
sebelum dan sesudah filtrasi dari komposisi 6.6 g benang nilon dan 0.75 g arang
kulit pisang kepok ke 6.6 g benang nilon dan 0.4 g arang kulit pisang kepok.
Terlihat juga dari kenaikan nilai-nilai kuat tekan dan kuat tarik dari sebelum
melakukan filtrasi ke sesudah melakukan filtrasi.
Tabel 3 Kuat tekan membran komposit setelah filtrasi tahap satu
Bobot nilon Bobot arang
Gaya tekan
Luas di bawah
Kuat tekan
-1
(g)
(g)
maksimum (N) kurva (kg m s )
(N cm-2)
6.9
0.1
2.575
2.961
2.711
6.6
0.4
3.88
4.85
4.084*
6.5
0.5
3.245
3.894
3.412
6.5
0.25
3.83
4.213
4.014
6.5
0.75
3.825
4.781
4.026
* Nilai kuat tekan membran terbesar
Tabel 4 Kuat tekan membran komposit setelah filtrasi tahap dua
Bobot nilon Bobot arang
Gaya tekan
Luas di bawah
Kuat tekan
-1
(g)
(g)
maksimum (N) kurva (kg m s )
(N cm-2)
6.9
0.1
0.805
0.926
0.847
6.6
0.4
3.72
4.836
3.916*
6.5
0.5
2.23
2.23
2.347
6.5
0.25
3.29
3.126
3.463
6.5
0.75
3.255
2.929
3.426
* Nilai kuat tekan membran terbesar

14
Tabel 5 Kuat tarik membran komposit setelah filtrasi tahap satu
Bobot nilon Bobot arang
Gaya tekan
Luas di bawah
Kuat tarik
(g)
(g)
maksimum (N) kurva (kg m s-1)
(N cm-2)
6.9
0.1
1.86
1.674
0.62
6.6
0.4
4.925
3.94
1.642*
6.5
0.5
3.33
4.329
1.11
6.5
0.25
2.535
1.775
0.845
6.5
0.75
4.495
4.045
1.498
* Nilai kuat tarik membran terbesar
Tabel 6 Kuat tarik membran komposit setelah filtrasi tahap dua
Bobot nilon Bobot arang
Gaya tekan
Luas di bawah
Kuat tarik
-1
(g)
(g)
maksimum (N) kurva (kg m s )
(N cm-2)
6.9
0.1
1.515
1.212
0.505
6.6
0.4
3.47
3.817
1.157
6.5
0.5
2.675
2.541
0.892
6.5
0.25
2.77
1.8
0.923
6.5
0.75
3.98
2.786
1.327*
* Nilai kuat tarik membran terbesar
Karakteristik sifat listrik
LCR hitester HIOKI 3532-50 dengan dihubungkan ke komputerisasi
menggunakan interface dapat mengukur 14 parameter sifat listrik. Penelitian ini
mengkaji diantaranya yaitu impedansi, konduktansi, dan kapasitansi. Pengukuran
sifat listrik pada membran sebelum dan sesudah filtrasi dilihat dari pergeseran
kurva akibat dari adanya penambahan material pada pori membran setelah filtrasi,
dalam penelitian ini yaitu timbal. Hasil dari pengukuran sifat listrik pada lima
karakter membran benang nilon dengan komposisi arang kulit pisang kepok
berbeda didapat pergeseran kurva pada masing-masing sifat listrik.
Impedansi merupakan hambatan total pada rangkaian arus bolak-balik atau
tingkat resistansi terhadap aliran arus listrik bolak-balik (ac = alternating current).
Dalam model rangkaian listrik pada membran. Suatu hambatan (R) didapat untuk
menghadirkan komponen dissipative (menghilangkan) respon dielektrik
(kemampuan menyimpan dan melepas energi listrik).6 Terlihat dari Gambar 11
(halaman 16) terjadi pergeseran kurva pada variasi komposisi membran benang
nilon dengan arang kulit pisang kepok sebelum dan setelah melakukan filtrasi dua
tahapan.
Membran dengan komposisi 6.9 g benang nilon dan 0.1 g arang terjadi
pergeseran kurva dari sebelum filtrasi ke tahap satu dan tahap dua. Terlihat pada
tahap satu kurva lebih agak ke atas dari tahap dua dan sebelum filtrasi. Hal
tersebut karena pada filtrasi tahap satu terjadi penyumbatan oleh timbal pada pori
membran. Sehingga terjadi kenaikan nilai impedansi terhadap frekuensi karena
timbal pada larutan yang merupakan material terjerat di membran membuat arus
pada pengujian lebih tertahan. Sedangkan pada tahap dua tidak terlalu
meningkatkan nilai impedansi terhadap frekuensi karena larutan telah dilakukan
penyaringan pada tahap dua. Sehingga konsentrasi timbal yang ada sudah lebih

15
sedikit dibanding tahap satu mengakibatkan yang terfilter di tahap dua tidak lebih
banyak dari tahap satu dan peningkatan impedansi terhadap frekuensi tidak lebih
besar dari tahap satu bisa juga dilihat pada pembahasan hasil pengujian
konsentrasi timbal.
Pergeseran kurva pada komposisi 6.5 g benang nilon dan 0.75 g arang dan
6.5 g benang nilon dan 0.25 g arang tahap satu dan tahap dua tidak terlalu jauh
berbeda. Tahap dua terlihat sedikit lebih meningkat, hal itu karena bisa lihat dari
data konsentrasi timbal di air bahwa setelah melewati filtrasi tahap satu pada
membran tersebut penerunan konsentrasi timbalnya tidak begitu besar. Sehingga
peningkatan kurvanya juga tidak terlalu besar. Sedangkan pada komposisi 6.5 g
benang nilon dan 0.5 g arang terjadi pergeseran kurva impedansi dari sebelum
filtrasi ke tahap satu terhadap frekuensi terbesar, dapat dilihat pada Gambar 11
bagian (c) (halaman 16).
Konduktansi merupakan sifat yang muncul karena adanya interaksi antara
ion dengan membran. Sifat ini sangat penting dalam proses pemisahan pada
membran karena dapat menentukan geometri dan dimensi pori.6 Semakin banyak
pori pada suatu bahan akan mengakibatkan densitas atau kerapatannya semakin
kecil.15 Semakin kecil kerapatan maka kemampuan suatu bahan untuk melewati
arus listrik (konduktansi) meningkat. Ion yang melintasi membran merupakan
kuantitas elektrik yang dikenal sebagai arus.
Dapat dilihat pada Gambar 12 (halaman 17) bahwa pada setiap variasi
membran terjadi penurunan nilai konduktansi terhadap frekuensi. Penurunan atau
bergesernya kurva kebawah hubungan konduktansi terhadap frekuensi terjadi
karena setelah membran dilakukan filtrasi terjadi penyumbatan pada pori oleh
timbal. Sehingga penyumbatan mengakibatkan tertutupnya pori dan peningkatan
densitas jadi nilai konduktansinya menurun, karena tertutupnya pori membuat
lebih besar hambatan suatu bahan.
Gambar 12 (halaman 17) menjelaskan bahwa tahap satu terjadi penurunan
yang lebih besar dari tahap dua. Karena konsentrasi timbal yang akan diuji ke
tahap dua sudah berkurang akibat filtrasi tahap satu. Sehingga pori yang tertutup
di tahap dua tidak lebih banyak dari tahap satu. Kecuali pada membran komposisi
6.5 g benang nilon dengan 0.75 g arang memiliki kurva yang yang sama antara
tahap satu dan tahap dua karena tidak terjadi penurunan konsentrasi timbal yang
besar pada tahap satu, dapat dilihat pada pembahasan konsentrasi timbal.
Kapasitansi merupakan kemampuan sifat listrik untuk penyimpan dielektrik
suatu bahan. Gambar 13 (halaman 18) menunjukkan penurunan secara
eksponensial nilai kapasitansi dari frekuensi 1 kHz dan terjadi kenaikan kembali
pada frekuensi tertentu sampai frekuensi 1 MHz. Hal ini karena peningkatan
frekuensi mengakibatkan banyaknya gelombang yang ditransmisikan setiap
detiknya meningkat sehingga saat mengalami pengosongan muatan dengan cepat
sebelum kapasitor terisi penuh arah arus listrik sudah terbalik, jadi muatan dalam
kapasitor semakin berkurang dan kemampuan kapasitor untuk menyimpan muatan
semakin kecil.6 Tetapi pada beberapa frekuensi tertentu akan mengalami kenaikan
kapasitansinya.

16
40000

30000

Sebelum

Sebelum
Tahap 1

Tahap 1

35000

25000
Tahap 2

Tahap 2
Impedansi (KΩ)

Impedansi (KΩ)

30000
25000
20000
15000

20000

15000

10000

10000
5000
5000
0
1

0
1

10

100

1000

10

100

1000

Frekuensi (KHz)

Frekuensi (KHz)

Frekuensi (kHz)

Frekuensi (kHz)

(a)

(b)

60000

35000

Sebelum
Tahap 1

50000

Sebelum
Tahap 1

30000

Tahap 2

Tahap 2
40000

Impedansi (KΩ)

Impedansi (KΩ)

25000

30000

20000

20000
15000
10000

10000

5000

0

0
1

10

100

1

1000

Frekuensi (KHz)

10

100

1000

Frekuensi (KHz)

Frekuensi (kHz)

Frekuensi (kHz)

(c)

(d)
45000

Sebelum

40000

Tahap 1

Impedansi (KΩ)

35000

Tahap 2

30000
25000
20000
15000
10000
5000
0
1

10

100

1000

Frekuensi (KHz)

Frekuensi (kHz)

(e)
Gambar 11 Impedansi membran (a) Nr1, (b) Nr2, (c) Nr3 ,(d) Nr4, (e) Nr5.

17
0.035

Variable
Sebelum
Tahap 1
Tahap 2

0.030

Variable
Sebelum
Tahap 1
Tahap 2

0.025

0.020
Konduktans i (µS)

Konduktans i (µS)

0.025
0.020
0.015
0.010

0.015

0.010

0.005
0.005
0.000

0.000
0

200

400

600

800

1000

0

200

Frekuensi(kHz)
(KHz)
Frekuensi

(a)

600

800

1000

(b)

0.030

0.030

Variable
Sebelum
Tahap 1
Tahap 2

Variable
Sebelum
Tahap 1
Tahap 2

0.025

Konduktans i (µS)

0.025

Konduktans i (µS)

400

Frekuensi (KHz)
Frekuensi
(kHz)

0.020

0.015

0.010

0.020

0.015

0.010

0.005

0.005

0.000

0.000
0

200

400

600

800

0

1000

200

400

600

800

1000

Frekuensi (KHz)
Frekuensi
(kHz)

Frekuensi (KHz)
Frekuensi
(kHz)

(c)

(d)
0.030

Variable
Sebelum
Tahap 1
Tahap 2

Konduktansi (µS)

0.025

0.020

0.015

0.010

0.005

0.000
0

200

400

600

800

1000

Frekuensi (KHz)
Frekuensi
(kHz)

(e)
Gambar 12 Konduktansi membran (a) Nr1, (b) Nr2, (c) Nr3 ,(d) Nr4, (e) Nr5.

18
9.0000E-09

8.0000E-09

Variable
Sebelum
Tahap satu
Tahap dua

8.0000E-09

7.0000E-09

7.0000E-09

6.0000E-09
Kapas itans i (nF)

Kapas itans i (nF)

Variable
Sebelum
Tahap satu
Tahap dua

6.0000E-09
5.0000E-09

5.0000E-09
4.0000E-09

4.0000E-09

3.0000E-09

3.0000E-09

2.0000E-09

2.0000E-09

1.0000E-09
0

200

400

600

800

1000

0

200

Frekuensi (kHz)
(KHz)
Frekuensi

400

(a)

800

1000

(b)
Variable
Sebelum
Tahap satu
Tahap dua

6.0000E-09

Variable
Sebelum
Tahap satu
Tahap dua

7.0000E-09

6.0000E-09
Kapas itans i (nF)

5.0000E-09

4.0000E-09

3.0000E-09

5.0000E-09

4.0000E-09

3.0000E-09

2.0000E-09
2.0000E-09
1.0000E-09
0

200

400

600

800

1000

0

Frekuensi (KHz)
Frekuensi
(kHz)

200

400

600

800

1000

Frekuensi (KHz)
Frekuensi
(kHz)

(c)

(d)
Variable
Sebelum
Tahap satu
Tahap dua

7.0000E-09

6.0000E-09
Kapas itans i (nF)

Kapas itans i (nF)

600

Frekuensi (kHz)
(KHz)
Frekuensi

5.0000E-09

4.0000E-09

3.0000E-09

2.0000E-09
0

200

400

600

800

1000

Frekuensi (KHz)
Frekuensi
(kHz)

(e)
Gambar 13 Kapasitansi membran (a) Nr1, (b) Nr2, (c) Nr3 ,(d) Nr4, (e) Nr5.

19
Gambar 13 juga menunjukan pergeseran kurva kapasitansi terhadap
frekuensi kebawah. Karena setelah filtrasi terjadi penambahan bobot oleh timbal.
Penambahan timbal pada pori-pori membran mengakibatkan pengurangan
konstanta dielektrik yang mengakibatkan penurunan kapasitansinya.6 Filtrasi
tahap satu menghasilkan penurunan kurva lebih besar dari filtrasi tahap