Pengaruh Konsentrasi Dan Temperatur Pada Transpor Ion Dalam Membran Kitosan.
SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL 2014 (SFN XXVII), 16-17 Oktober 2014,Denpasar-Bali
SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL 2014 (SFN XXVII), 16-17 Oktober 2014,Denpasar-Bali
SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL 2014 (SFN XXVII), 16-17 Oktober 2014,Denpasar-Bali
SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL 2014 (SFN XXVII), 16-17 Oktober 2014,Denpasar-Bali
SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL 2014 (SFN XXVII), 16-17 Oktober 2014,Denpasar-Bali
Pengaruh Konsentrasi Dan Temperatur Pada Transpor Ion
Dalam Membran Kitosan
Ni Nyoman Rupiasih1, 2), Umi Hariyani1), Putu Erika Winasri1), I Ketut Putra1)
1
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana
2
Group Research Material Sains dan Teknologi-Polymer dan Biomaterial
E-mail: [email protected]; [email protected]
Abstract
Bentuk kurva karakteristik arus-tegangan (I-V) dari sebuah membran penukar ion sangat dipengaruhi oleh
kondisi eksternal seperti konsentrasi, laju aliran, dan kondisi fisika-kimia permukaan membran. Telah diteliti
pengaruh konsentrasi dan temperatur larutan terhadap karakteristik kurva I-V dari membran kitosan, khususnya
pada rapat arus difusi ion. Larutan elektrolit yang digunakan adalah NaCl dengan variasi konsentrasi 0,1 mM, 1
mM, 10 mM, 100 mM, dan 1000 mM, dan kenaikan temperatur larutan dari 28,8°C sampai 70°C dengan
kenaikan 5°C. Proses transpor dilakukan dengan menggunakan sebuah model cell membran yang terdiri dari 2
ruang. Beda tegangan membran diukur menggunakan sepasang electroda calomel Activon AEP Single jnct 12 x
120 mm. Dari hasil pengamatan diperoleh, semakin besar beda konsentrasi larutan di kedua ruang dan semakin
tinggi temperatur larutan, maka nilai rapat arus difusi ion semakin meningkat. Kenaikan rapat arus difusi
terhadap kenaikan temperatur pada beda konsentrasi rendah yaitu 0,1 mM : 0,1 mM, 1mM : 0,1 mM, 10 mM :
0,1 mM, dan 100 mM : 0,1 mM menghasilkan kurva karakteristik rapat arus difusi daerah ohmik. Sedangkan
pada beda konsentrasi besar yaitu 1000 mM : 0,1 mM menghasilkan kurva karakteristik rapat arus difusi dengan
tiga daerah yaitu daerah I (ohmik), II (plateau), dan III (asymptotic).
Keywords: membran kitosan, konsentrasi larutan, temperatur, rapat arus difusi
Abstract
The shape of the characteristics of the current-voltage (I-V) curve of an ion exchange membrane varies with the
external conditions, such as concentration, flow rate, and the physicochemical conditions of the membrane surface. The
effects of concentration and temperature of the solution on the characteristics of the I-V curve in chitosan membrane,
particularly at current densities by ion diffusion were studied. The electrolyte solution used was NaCl with concentration
varies of 0.1 mM, 1 mM, 10 mM, 100 mM, and 1000 mM, and temperature of the solution varies from 28.8 to 70 ° C with an
increase of 5 °C. Transport process was done by using a model of cell membrane consisting of two chambers. The voltage
difference measured using a pair of Activon AEP Single jnct 12 x 120 mm calomel electrodes. From the observations
obtained, the greater the concentration difference in the both chambers and the higher the temperature of the solution, then
the current density was increased. At low concentrations, i.e. 0.1 mM: 0.1 mM, 1 mM: 0.1 mM, 10 mM: 0.1 mM, and 100
mM: 0.1 mM, showed the I-V curve of the ohmic region (region I). While the large concentration i.e. 1000 mM: 0.1 mM, it
showed the I-V curve with three regions, namely regions I (ohmic), II (plateau), and III (asymptotic).
Keyword: chitosan membrane, solution concentration, temperature, diffusion current density
1. PENDAHULUAN
Kitosan adalah salah satu polimer alami,
yang merupakan senyawa turunan dari kitin.
Kitosan dapat dibuat melalui proses deasetilasi
kitin dengan menggunakan basa kuat sehingga
gugus asetamida (NH-COCH3) diubah menjadi
gugus amina (NH2) [1]. Gugus amina yang
terdapat pada kitosan dapat menyebabkannya
berfungsi sebagai penukar ion (ion exchange).
Kitosan sudah banyak digunakan secara
komersial dalam berbagai industri yaitu
pangan,
kosmetik,
pertanian,
farmasi,
pengolahan limbah dan penjernihan air.
Kitosan mampu mengadsorpsi logam dengan
membentuk logam kompleks. Kitosan juga
dapat dibuat menjadi membran dan digunakan
sebagai filter/penyaring logam berat [2].
Teknologi pembuatan membran dari kitosan
dan karakteristik membran yang diproduksi
sangat penting dipelajari untuk mengetahui
potensi pengguanaannya, seperti untuk reverse
osmosis, pemisahan partikel dan gas,
pervaporasi, transpor aktif, dan dialysis [3].
Karakteristik membran buatan meliputi
termal, listrik, mekanik, dan optik. Salah satu
karakteristik kelistrikan membran adalah
karakteristik arus-tegangan. Karakteristik ini
dipengaruhi oleh transpor/aliran elektronelektron (arus listrik) dan ion-ion (arus difusi)
dalam membran. Arus difusi dapat terjadi
akibat adanya beda konsentrasi pada kedua sisi
membran, sedangkan transpor elektronelektron terjadi akibat pemberian arus listrik
pada larutan yang melewati membran. Semua
proses transpor tersebut dipengaruhi oleh
faktor eksternal maupun internal dari
membran. Beberapa faktor eksternal yang
cukup berpengaruh antara lain konsentrasi,
elektrolit, dan temperatur dari larutan yang
dilewatkan pada membran. Sedangkan faktor
internal membran, salah satunya adalah jenis
membran.
Sifat
listrik
membran
biasanya
digambarkan dengan kurva karakteristik I-V
(arus-tegangan). Bentuk kurva I-V pada
membran penukar ion berubah sesuai dengan
kondisi eksternal, seperti konsentrasi, laju
aliran dan kondisi fisika-kimia (physicchemical) permukaan membran [4].
Pada penelitian ini telah diamati
karakteristik aliran ion-ion (transpor ion)
dalam membran, yang dalam hal ini adalah
rapat arus difusi ion terhadap beberapa
parameter yaitu konsentrasi dan temperatur
larutan. Hal ini bertujuan untuk mengetahui
pengaruh variasi konsentrasi dan temperatur
larutan terhadap rapat arus difusi ion dalam
membran polimer kitosan.
2. KAJIAN LITERATUR
Membran kitosan adalah salah satu
membran organik buatan, yang terbuat dari
bahan dasar polimer alam kitosan. Membran
tersebut merupakan membran bermuatan
positif, yang dapat dilewati oleh anion (ion-ion
negatif) saja. Dalam hal ini membran kitosan
termasuk membran penukar ion yaitu penukar
ion negatif (anion exchange membrane).
Transpor ion pada membran dapat terjadi,
salah satunya adalah karena adanya perbedaan
konsentrasi di kedua sisi membran.
Mekanisme transpor ion pada membran yang
terjadi akibat adanya perbedaan konsentrasi
disebut difusi. Berdasarkan Hukum Fick, jika
perbedaan konsentrasi kecil, maka kerapatan
fluks pada peristiwa difusi (Jdiff) sebanding
dengan gradien konsentrasinya (
C
) [5],
x
yang secara matematik dituliskan sebagai:
J diff D
C
x
(2.1)
Dimana D adalah konstanta difusi [6]:
D V
1
C
log 1
C2
(2.2)
dan
x 2 ze
C
k BTt log 1
C2
(2.3)
Dengan mensubstitusikan persamaan (2.2) dan
(2.3) ke persamaan (2.1) diperoleh:
J diff V
x 2 ze
C
k BTt log 1
C2
2
(2.4)
3. METODE PENELITIAN
Membran
yang
digunakan
adalah
membran kitosan 2% dan larutan elektrolit
adalah NaCl dengan variasi perbandingan
konsentrasi di ruang 1 : ruang 2 (C1/C2)
masing-masing dalam mM adalah 0,1 : 0,1, 1 :
0,1, 10 : 0,1, 100 : 0,1, dan 1000 : 0,1, dan
kenaikan temperatur larutan dari 28,8°C
(temperatur awal percobaan) sampai 70°C
dengan kenaikan 5°C. Proses transpor
dilakukan dengan menggunakan sebuah model
cell membran yang terdiri dari 2 ruang, yaitu
ruang 1 dan 2. Beda tegangan membran diukur
menggunakan sepasang electroda calomel
Activon AEP Single jnct 12 x 120 mm, pada
jarak elektrode 0,01 m.
Dari data hasil pengukuran seperti beda
tegangan, konsentrasi, jarak kedua elektroda
dan suhu larutan di ruang 1, maka dapat
dihitung nilai rapat arus difusi (Jdiff) dengan
menggunakan persamaan (2.4). Kemudian
dibuat grafik antara rapat arus difusi dengan
variasi konsentrasi pada masing-masing
temperatur.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Konsentrasi Larutan Elektrolit
Terhadap Rapat Arus Difusi Ion
Dari data hasil pengukuran maka dapat
diplot grafik antara beda tegangan membran
(ΔV)
dengan
logaritma
perbandingan
konsentrasi larutan di ruang 1 dan 2
(Log(C1/C2)) seperti tampak pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 memperlihatkan bahwa beda
tegangan semakin meningkat seiring dengan
meningkatnya nilai Log (C1/C2).
Gambar 4.2a memperlihatkan bahwa,
konsentrasi sangat mempengaruhi nilai rapat
arus difusi ion. Semakin besar nilai C1/C2,
maka nilai rapat arus difusi ion semakin besar.
Kenaikan rapat arus difusi ion pada
konsentrasi rendah yaitu 0,1 mM, 1 mM, dan
10 mM terlihat menumpuk, karena skala
variasi konsentrasi yang sangat besar dan nilai
rapat arus difusi ion sangat kecil. Untuk
memperjelas kenaikan rapat arus difusi ion
terhadap variasi nilai C1/C2 tersebut dapat
dilihat grafik semilog Gambar 4.2b.
Gambar 4.1 Grafik beda tegangan membran (ΔV)
terhadap logaritma perbandingan konsentrasi larutan di
ruang 1 dan 2 (Log (C1/C2)).
Dari nilai beda tegangan, konsentrasi,
jarak kedua elektroda, dan temperatur larutan,
dapat dihitung nilai rapat arus difusi ion (Jdiff)
dengan menggunakan persamaan 2.4, seperti
pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Rapat Arus Difusi Ion (Jdiff)
Konsentrasi (mM)
C1
C2
0,1
0,1
1
0,1
10
0,1
100
0,1
1000
0,1
NaCl
J J
( x 10-8m-2.s-1)
0±0
1,89± 0,0134
6,37± 0,0329
30,00± 0,0852
238,00± 0,0744
Dari data pada Tabel 4.1 dapat diplot
grafik antara rapat arus difusi ion dengan
perbandingan konsentrasi larutan di ruang 1
dan 2 (C1/C2), seperti tampak pada Gambar
4.2a.
Gambar 4.2a Grafik antara rapat arus difusi ion dengan
perbandingan konsentrasi larutan di ruang 1 dan 2
(C1/C2).
Gambar 4.2b Grafik semilog rapat arus difusi ion
dengan perbandingan konsentrasi larutan di ruang 1 dan
2 (C1/C2).
Gambar 4.2b memperlihatkan bahwa pada
nilai perbandingan konsentrasi rendah yaitu 1,
10, dan 100, kenaikan rapat arus difusi ion
sangat kecil, pada nilai 1000 terlihat
peningkatan yang cukup besar, sedangkan
pada nilai 10000, kenaikan nilai rapat arus
difusi ion sangat tajam. Hal ini disebabkan
karena pada nilai perbandingan konsentrasi
10000, beda konsentrasi antara kedua ruang
sangat tinggi sehingga banyak ion-ion dari
ruang 1 yang bergerak melewati membran. Hal
ini menyebabkan nilai rapat arus difusi ion
jauh lebih tinggi dibandingkan konsentrasi
yang lebih rendah.
Pengaruh Variasi Temperatur Larutan
Elektrolit terhadap Rapat Arus Difusi Ion
Selain variasi konsentrasi, temperatur juga
sangat mempengaruhi nilai rapat arus difusi
ion. Dalam hal ini beda tegangan yang terukur
semakin besar dengan kenaikan temperatur
larutan elektrolit. Dari data hasil pengukuran
beda tegangan membran sebagai fungsi
temperatur pada masing-masing konsentrasi
larutan, dapat diplot grafik, seperti tampak
pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 memperlihatkan bahwa nilai
beda tegangan membran bertambah seiring
dengan kenaikan temperatur. Hal ini dapat
dijelaskan, dengan meningkatnya temperatur
maka ion-ion memperoleh tambahan energi
panas, yang mengakibatkan ion-ion bergerak
dengan energi yang lebih besar. Dengan
semakin banyaknya ion-ion yang mencapai
permukaan membran di ruang 1, maka beda
konsentrasi ion-ion pada permukaan membran
di ruang 1 dan 2 menjadi bertambah besar
sehingga beda tegangan semakin meningkat.
Pengaruh beda tegangan terhadap rapat
arus difusi ion dapat dijelaskan oleh
persamaan 2.4 dimana beda tegangan
berbanding lurus dengan rapat arus difusi ion.
Berdasarkan hubungan ini dapat dijelaskan
bahwa kenaikan temperatur juga menyebabkan
kenaikan rapat arus difusi ion dalam membran,
seperti tampak pada Gambar 4.4.
Gambar 4.3 Grafik antara temperatur larutan di ruang 1 dengan beda tegangan membran terukur pada larutan elektrolit
NaCl.
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara temperatur di ruang 1 dengan rapat arus difusi ion pada larutan elektrolit NaCl.
Gambar 4.4 menunjukkan pola yang sama
dengan grafik beda tengan terhadap temperatur
di ruang 1 (Gambar 4.3), yaitu pada
konsentrasi rendah seperti 0,1 mM, 1 mM, 10
mM, dan 100 mM, kenaikan rapat arus difusi
ion linier terhadap kenaikan temperatur.
Sedangkan pada konsentrasi 1000 mM,
kenaikan rapat arus difusi ion terhadap
temperatur membentuk grafik dengan 3 daerah
yaitu daerah I (daerah ohmik), diikuti dengan
daerah II (daerah plateau), dan daerah III
(daerah asymtotic). Pada daerah I, kenaikan
temperatur sebanding dengan kenaikan rapat
arus difusi ion. Kenaikan rapat arus difusi ion
ini akan terjadi sampai tercapai suatu titik
dimana beda konsentrasi antar permukaan
membran mendekati nol. Ini merupakan batas
kerapatan arus difusi pada daerah II. Dengan
semakin tingginya temperatur dan jumlah ionion yang tidak mampu melewati membran,
akibatnya energi ion-ion akan semakin
meningkat. Dengan energi yang besar tersebut,
ion-ion pada larutan elektrolit akan mendorong
ion-ion yang menempel pada pori-pori
membran hingga terlepas, sehingga proses
transpor ion kembali terjadi, dan juga teramati
bahwa permukaan membran membentuk
cekungan seperti tampak pada Gambar 4.5b.
Proses transpor ini terjadi pada daerah III
dimana pada daerah ini terjadi kenaikan rapat
arus difusi ion kembali seiring dengan
kenaikan temperatur. Gradien grafik pada
daerah III tersebut lebih rendah dari daerah I,
dalam hal ini daerah dikatakan mencapai nilai
asymtotic.
a
b
Gambar 4.5 (a) Membran kitosan sebelum digunakan.
(b) Membran kitosan setelah digunakan transpor pada
larutan elektrolit 1000 mM.
5. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat
disimpulkan bahwa semakin tinggi beda
konsentrasi dan temperatur larutan, maka
nilai rapat arus difusi ion semakin
meningkat. Kenaikan rapat arus difusi ion
terhadap kenaikan suhu pada perbandingan
konsentrasi yang rendah yaitu 0,1: 0,1, 1 :
0,1, 10 : 0,1 dan 100 : 0,1 menghasilkan
kurva karakteristik rapat arus difusi ion
daerah ohmik (daerah I). Sedangkan
kenaikan rapat arus difusi ion pada
perbandingan konsentrasi yang sangat
tinggi yaitu 1000 : 0,1 menghasilkan kurva
karakteristik rapat arus difusi ion dengan
tiga daerah yaitu daerah I (daerah ohmik),
daerah II (daerah plateau) dan daerah III
(daerah asymtotic).
6. UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini secara finansial didukung
oleh Kementerian Pendidikan Nasional,
Republik Indonesia, di bawah dana Hibah
Fundamental Penelitian, Universitas Udayana
No: 175.58/UN14.2/PNL.01.03.00/2013 kami
sangat berterimakasih.
7. REFERENSI
1. Savitri Emma, Natalia Soeseno dan
Tokok Adiarto, Prosiding Seminar
Nasional Teknik Kimia “Kejuangan”:
Pengembangan Teknologi Kimia untuk
Pengolahan Sumber Daya Alam
Indonesia. ISSN 1693-4393. 2010.
http://repository.upnyk.ac.id/602/1/59.p
df Diakses pada tanggal 28-01-2013.
2. Mariatna,
“Penggunaan
Membran
Kitosan untuk Menurunkan Kadar
Logam Krom (Cr) dan Nikel (Ni) dalam
Limbah Cair Industri Pelapisan
Logam”, Thesis, Universitas Sumatera
Utara, Medan, 2008.
3. Barbara Krajewska & Andrzej Olech,
Polymer Gels and Nerworks 4, 33-43
(1996).
4. Jae-Hwan Choi, Hong-Joo Lee dan
Seung-Hyeon Moon, Journal of Colloid
and Interface Science 238, 188-195
(2001).
5. Hobbie, Russel K., Intermediate Physic for
Medicine and Biology, Second Edition,
Singapore: John Willey and Son, 1978, pp.
45-105.
6. Sukardjo, Kimia Fisika, Jakarta: Bina
Aksara, 1989, pp. 32-45.
SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL 2014 (SFN XXVII), 16-17 Oktober 2014,Denpasar-Bali
SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL 2014 (SFN XXVII), 16-17 Oktober 2014,Denpasar-Bali
SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL 2014 (SFN XXVII), 16-17 Oktober 2014,Denpasar-Bali
SIMPOSIUM FISIKA NASIONAL 2014 (SFN XXVII), 16-17 Oktober 2014,Denpasar-Bali
Pengaruh Konsentrasi Dan Temperatur Pada Transpor Ion
Dalam Membran Kitosan
Ni Nyoman Rupiasih1, 2), Umi Hariyani1), Putu Erika Winasri1), I Ketut Putra1)
1
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Udayana
2
Group Research Material Sains dan Teknologi-Polymer dan Biomaterial
E-mail: [email protected]; [email protected]
Abstract
Bentuk kurva karakteristik arus-tegangan (I-V) dari sebuah membran penukar ion sangat dipengaruhi oleh
kondisi eksternal seperti konsentrasi, laju aliran, dan kondisi fisika-kimia permukaan membran. Telah diteliti
pengaruh konsentrasi dan temperatur larutan terhadap karakteristik kurva I-V dari membran kitosan, khususnya
pada rapat arus difusi ion. Larutan elektrolit yang digunakan adalah NaCl dengan variasi konsentrasi 0,1 mM, 1
mM, 10 mM, 100 mM, dan 1000 mM, dan kenaikan temperatur larutan dari 28,8°C sampai 70°C dengan
kenaikan 5°C. Proses transpor dilakukan dengan menggunakan sebuah model cell membran yang terdiri dari 2
ruang. Beda tegangan membran diukur menggunakan sepasang electroda calomel Activon AEP Single jnct 12 x
120 mm. Dari hasil pengamatan diperoleh, semakin besar beda konsentrasi larutan di kedua ruang dan semakin
tinggi temperatur larutan, maka nilai rapat arus difusi ion semakin meningkat. Kenaikan rapat arus difusi
terhadap kenaikan temperatur pada beda konsentrasi rendah yaitu 0,1 mM : 0,1 mM, 1mM : 0,1 mM, 10 mM :
0,1 mM, dan 100 mM : 0,1 mM menghasilkan kurva karakteristik rapat arus difusi daerah ohmik. Sedangkan
pada beda konsentrasi besar yaitu 1000 mM : 0,1 mM menghasilkan kurva karakteristik rapat arus difusi dengan
tiga daerah yaitu daerah I (ohmik), II (plateau), dan III (asymptotic).
Keywords: membran kitosan, konsentrasi larutan, temperatur, rapat arus difusi
Abstract
The shape of the characteristics of the current-voltage (I-V) curve of an ion exchange membrane varies with the
external conditions, such as concentration, flow rate, and the physicochemical conditions of the membrane surface. The
effects of concentration and temperature of the solution on the characteristics of the I-V curve in chitosan membrane,
particularly at current densities by ion diffusion were studied. The electrolyte solution used was NaCl with concentration
varies of 0.1 mM, 1 mM, 10 mM, 100 mM, and 1000 mM, and temperature of the solution varies from 28.8 to 70 ° C with an
increase of 5 °C. Transport process was done by using a model of cell membrane consisting of two chambers. The voltage
difference measured using a pair of Activon AEP Single jnct 12 x 120 mm calomel electrodes. From the observations
obtained, the greater the concentration difference in the both chambers and the higher the temperature of the solution, then
the current density was increased. At low concentrations, i.e. 0.1 mM: 0.1 mM, 1 mM: 0.1 mM, 10 mM: 0.1 mM, and 100
mM: 0.1 mM, showed the I-V curve of the ohmic region (region I). While the large concentration i.e. 1000 mM: 0.1 mM, it
showed the I-V curve with three regions, namely regions I (ohmic), II (plateau), and III (asymptotic).
Keyword: chitosan membrane, solution concentration, temperature, diffusion current density
1. PENDAHULUAN
Kitosan adalah salah satu polimer alami,
yang merupakan senyawa turunan dari kitin.
Kitosan dapat dibuat melalui proses deasetilasi
kitin dengan menggunakan basa kuat sehingga
gugus asetamida (NH-COCH3) diubah menjadi
gugus amina (NH2) [1]. Gugus amina yang
terdapat pada kitosan dapat menyebabkannya
berfungsi sebagai penukar ion (ion exchange).
Kitosan sudah banyak digunakan secara
komersial dalam berbagai industri yaitu
pangan,
kosmetik,
pertanian,
farmasi,
pengolahan limbah dan penjernihan air.
Kitosan mampu mengadsorpsi logam dengan
membentuk logam kompleks. Kitosan juga
dapat dibuat menjadi membran dan digunakan
sebagai filter/penyaring logam berat [2].
Teknologi pembuatan membran dari kitosan
dan karakteristik membran yang diproduksi
sangat penting dipelajari untuk mengetahui
potensi pengguanaannya, seperti untuk reverse
osmosis, pemisahan partikel dan gas,
pervaporasi, transpor aktif, dan dialysis [3].
Karakteristik membran buatan meliputi
termal, listrik, mekanik, dan optik. Salah satu
karakteristik kelistrikan membran adalah
karakteristik arus-tegangan. Karakteristik ini
dipengaruhi oleh transpor/aliran elektronelektron (arus listrik) dan ion-ion (arus difusi)
dalam membran. Arus difusi dapat terjadi
akibat adanya beda konsentrasi pada kedua sisi
membran, sedangkan transpor elektronelektron terjadi akibat pemberian arus listrik
pada larutan yang melewati membran. Semua
proses transpor tersebut dipengaruhi oleh
faktor eksternal maupun internal dari
membran. Beberapa faktor eksternal yang
cukup berpengaruh antara lain konsentrasi,
elektrolit, dan temperatur dari larutan yang
dilewatkan pada membran. Sedangkan faktor
internal membran, salah satunya adalah jenis
membran.
Sifat
listrik
membran
biasanya
digambarkan dengan kurva karakteristik I-V
(arus-tegangan). Bentuk kurva I-V pada
membran penukar ion berubah sesuai dengan
kondisi eksternal, seperti konsentrasi, laju
aliran dan kondisi fisika-kimia (physicchemical) permukaan membran [4].
Pada penelitian ini telah diamati
karakteristik aliran ion-ion (transpor ion)
dalam membran, yang dalam hal ini adalah
rapat arus difusi ion terhadap beberapa
parameter yaitu konsentrasi dan temperatur
larutan. Hal ini bertujuan untuk mengetahui
pengaruh variasi konsentrasi dan temperatur
larutan terhadap rapat arus difusi ion dalam
membran polimer kitosan.
2. KAJIAN LITERATUR
Membran kitosan adalah salah satu
membran organik buatan, yang terbuat dari
bahan dasar polimer alam kitosan. Membran
tersebut merupakan membran bermuatan
positif, yang dapat dilewati oleh anion (ion-ion
negatif) saja. Dalam hal ini membran kitosan
termasuk membran penukar ion yaitu penukar
ion negatif (anion exchange membrane).
Transpor ion pada membran dapat terjadi,
salah satunya adalah karena adanya perbedaan
konsentrasi di kedua sisi membran.
Mekanisme transpor ion pada membran yang
terjadi akibat adanya perbedaan konsentrasi
disebut difusi. Berdasarkan Hukum Fick, jika
perbedaan konsentrasi kecil, maka kerapatan
fluks pada peristiwa difusi (Jdiff) sebanding
dengan gradien konsentrasinya (
C
) [5],
x
yang secara matematik dituliskan sebagai:
J diff D
C
x
(2.1)
Dimana D adalah konstanta difusi [6]:
D V
1
C
log 1
C2
(2.2)
dan
x 2 ze
C
k BTt log 1
C2
(2.3)
Dengan mensubstitusikan persamaan (2.2) dan
(2.3) ke persamaan (2.1) diperoleh:
J diff V
x 2 ze
C
k BTt log 1
C2
2
(2.4)
3. METODE PENELITIAN
Membran
yang
digunakan
adalah
membran kitosan 2% dan larutan elektrolit
adalah NaCl dengan variasi perbandingan
konsentrasi di ruang 1 : ruang 2 (C1/C2)
masing-masing dalam mM adalah 0,1 : 0,1, 1 :
0,1, 10 : 0,1, 100 : 0,1, dan 1000 : 0,1, dan
kenaikan temperatur larutan dari 28,8°C
(temperatur awal percobaan) sampai 70°C
dengan kenaikan 5°C. Proses transpor
dilakukan dengan menggunakan sebuah model
cell membran yang terdiri dari 2 ruang, yaitu
ruang 1 dan 2. Beda tegangan membran diukur
menggunakan sepasang electroda calomel
Activon AEP Single jnct 12 x 120 mm, pada
jarak elektrode 0,01 m.
Dari data hasil pengukuran seperti beda
tegangan, konsentrasi, jarak kedua elektroda
dan suhu larutan di ruang 1, maka dapat
dihitung nilai rapat arus difusi (Jdiff) dengan
menggunakan persamaan (2.4). Kemudian
dibuat grafik antara rapat arus difusi dengan
variasi konsentrasi pada masing-masing
temperatur.
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh Konsentrasi Larutan Elektrolit
Terhadap Rapat Arus Difusi Ion
Dari data hasil pengukuran maka dapat
diplot grafik antara beda tegangan membran
(ΔV)
dengan
logaritma
perbandingan
konsentrasi larutan di ruang 1 dan 2
(Log(C1/C2)) seperti tampak pada Gambar 4.1.
Gambar 4.1 memperlihatkan bahwa beda
tegangan semakin meningkat seiring dengan
meningkatnya nilai Log (C1/C2).
Gambar 4.2a memperlihatkan bahwa,
konsentrasi sangat mempengaruhi nilai rapat
arus difusi ion. Semakin besar nilai C1/C2,
maka nilai rapat arus difusi ion semakin besar.
Kenaikan rapat arus difusi ion pada
konsentrasi rendah yaitu 0,1 mM, 1 mM, dan
10 mM terlihat menumpuk, karena skala
variasi konsentrasi yang sangat besar dan nilai
rapat arus difusi ion sangat kecil. Untuk
memperjelas kenaikan rapat arus difusi ion
terhadap variasi nilai C1/C2 tersebut dapat
dilihat grafik semilog Gambar 4.2b.
Gambar 4.1 Grafik beda tegangan membran (ΔV)
terhadap logaritma perbandingan konsentrasi larutan di
ruang 1 dan 2 (Log (C1/C2)).
Dari nilai beda tegangan, konsentrasi,
jarak kedua elektroda, dan temperatur larutan,
dapat dihitung nilai rapat arus difusi ion (Jdiff)
dengan menggunakan persamaan 2.4, seperti
pada Tabel 4.1.
Tabel 4.1 Hasil Perhitungan Rapat Arus Difusi Ion (Jdiff)
Konsentrasi (mM)
C1
C2
0,1
0,1
1
0,1
10
0,1
100
0,1
1000
0,1
NaCl
J J
( x 10-8m-2.s-1)
0±0
1,89± 0,0134
6,37± 0,0329
30,00± 0,0852
238,00± 0,0744
Dari data pada Tabel 4.1 dapat diplot
grafik antara rapat arus difusi ion dengan
perbandingan konsentrasi larutan di ruang 1
dan 2 (C1/C2), seperti tampak pada Gambar
4.2a.
Gambar 4.2a Grafik antara rapat arus difusi ion dengan
perbandingan konsentrasi larutan di ruang 1 dan 2
(C1/C2).
Gambar 4.2b Grafik semilog rapat arus difusi ion
dengan perbandingan konsentrasi larutan di ruang 1 dan
2 (C1/C2).
Gambar 4.2b memperlihatkan bahwa pada
nilai perbandingan konsentrasi rendah yaitu 1,
10, dan 100, kenaikan rapat arus difusi ion
sangat kecil, pada nilai 1000 terlihat
peningkatan yang cukup besar, sedangkan
pada nilai 10000, kenaikan nilai rapat arus
difusi ion sangat tajam. Hal ini disebabkan
karena pada nilai perbandingan konsentrasi
10000, beda konsentrasi antara kedua ruang
sangat tinggi sehingga banyak ion-ion dari
ruang 1 yang bergerak melewati membran. Hal
ini menyebabkan nilai rapat arus difusi ion
jauh lebih tinggi dibandingkan konsentrasi
yang lebih rendah.
Pengaruh Variasi Temperatur Larutan
Elektrolit terhadap Rapat Arus Difusi Ion
Selain variasi konsentrasi, temperatur juga
sangat mempengaruhi nilai rapat arus difusi
ion. Dalam hal ini beda tegangan yang terukur
semakin besar dengan kenaikan temperatur
larutan elektrolit. Dari data hasil pengukuran
beda tegangan membran sebagai fungsi
temperatur pada masing-masing konsentrasi
larutan, dapat diplot grafik, seperti tampak
pada Gambar 4.3.
Gambar 4.3 memperlihatkan bahwa nilai
beda tegangan membran bertambah seiring
dengan kenaikan temperatur. Hal ini dapat
dijelaskan, dengan meningkatnya temperatur
maka ion-ion memperoleh tambahan energi
panas, yang mengakibatkan ion-ion bergerak
dengan energi yang lebih besar. Dengan
semakin banyaknya ion-ion yang mencapai
permukaan membran di ruang 1, maka beda
konsentrasi ion-ion pada permukaan membran
di ruang 1 dan 2 menjadi bertambah besar
sehingga beda tegangan semakin meningkat.
Pengaruh beda tegangan terhadap rapat
arus difusi ion dapat dijelaskan oleh
persamaan 2.4 dimana beda tegangan
berbanding lurus dengan rapat arus difusi ion.
Berdasarkan hubungan ini dapat dijelaskan
bahwa kenaikan temperatur juga menyebabkan
kenaikan rapat arus difusi ion dalam membran,
seperti tampak pada Gambar 4.4.
Gambar 4.3 Grafik antara temperatur larutan di ruang 1 dengan beda tegangan membran terukur pada larutan elektrolit
NaCl.
Gambar 4.4 Grafik hubungan antara temperatur di ruang 1 dengan rapat arus difusi ion pada larutan elektrolit NaCl.
Gambar 4.4 menunjukkan pola yang sama
dengan grafik beda tengan terhadap temperatur
di ruang 1 (Gambar 4.3), yaitu pada
konsentrasi rendah seperti 0,1 mM, 1 mM, 10
mM, dan 100 mM, kenaikan rapat arus difusi
ion linier terhadap kenaikan temperatur.
Sedangkan pada konsentrasi 1000 mM,
kenaikan rapat arus difusi ion terhadap
temperatur membentuk grafik dengan 3 daerah
yaitu daerah I (daerah ohmik), diikuti dengan
daerah II (daerah plateau), dan daerah III
(daerah asymtotic). Pada daerah I, kenaikan
temperatur sebanding dengan kenaikan rapat
arus difusi ion. Kenaikan rapat arus difusi ion
ini akan terjadi sampai tercapai suatu titik
dimana beda konsentrasi antar permukaan
membran mendekati nol. Ini merupakan batas
kerapatan arus difusi pada daerah II. Dengan
semakin tingginya temperatur dan jumlah ionion yang tidak mampu melewati membran,
akibatnya energi ion-ion akan semakin
meningkat. Dengan energi yang besar tersebut,
ion-ion pada larutan elektrolit akan mendorong
ion-ion yang menempel pada pori-pori
membran hingga terlepas, sehingga proses
transpor ion kembali terjadi, dan juga teramati
bahwa permukaan membran membentuk
cekungan seperti tampak pada Gambar 4.5b.
Proses transpor ini terjadi pada daerah III
dimana pada daerah ini terjadi kenaikan rapat
arus difusi ion kembali seiring dengan
kenaikan temperatur. Gradien grafik pada
daerah III tersebut lebih rendah dari daerah I,
dalam hal ini daerah dikatakan mencapai nilai
asymtotic.
a
b
Gambar 4.5 (a) Membran kitosan sebelum digunakan.
(b) Membran kitosan setelah digunakan transpor pada
larutan elektrolit 1000 mM.
5. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini dapat
disimpulkan bahwa semakin tinggi beda
konsentrasi dan temperatur larutan, maka
nilai rapat arus difusi ion semakin
meningkat. Kenaikan rapat arus difusi ion
terhadap kenaikan suhu pada perbandingan
konsentrasi yang rendah yaitu 0,1: 0,1, 1 :
0,1, 10 : 0,1 dan 100 : 0,1 menghasilkan
kurva karakteristik rapat arus difusi ion
daerah ohmik (daerah I). Sedangkan
kenaikan rapat arus difusi ion pada
perbandingan konsentrasi yang sangat
tinggi yaitu 1000 : 0,1 menghasilkan kurva
karakteristik rapat arus difusi ion dengan
tiga daerah yaitu daerah I (daerah ohmik),
daerah II (daerah plateau) dan daerah III
(daerah asymtotic).
6. UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini secara finansial didukung
oleh Kementerian Pendidikan Nasional,
Republik Indonesia, di bawah dana Hibah
Fundamental Penelitian, Universitas Udayana
No: 175.58/UN14.2/PNL.01.03.00/2013 kami
sangat berterimakasih.
7. REFERENSI
1. Savitri Emma, Natalia Soeseno dan
Tokok Adiarto, Prosiding Seminar
Nasional Teknik Kimia “Kejuangan”:
Pengembangan Teknologi Kimia untuk
Pengolahan Sumber Daya Alam
Indonesia. ISSN 1693-4393. 2010.
http://repository.upnyk.ac.id/602/1/59.p
df Diakses pada tanggal 28-01-2013.
2. Mariatna,
“Penggunaan
Membran
Kitosan untuk Menurunkan Kadar
Logam Krom (Cr) dan Nikel (Ni) dalam
Limbah Cair Industri Pelapisan
Logam”, Thesis, Universitas Sumatera
Utara, Medan, 2008.
3. Barbara Krajewska & Andrzej Olech,
Polymer Gels and Nerworks 4, 33-43
(1996).
4. Jae-Hwan Choi, Hong-Joo Lee dan
Seung-Hyeon Moon, Journal of Colloid
and Interface Science 238, 188-195
(2001).
5. Hobbie, Russel K., Intermediate Physic for
Medicine and Biology, Second Edition,
Singapore: John Willey and Son, 1978, pp.
45-105.
6. Sukardjo, Kimia Fisika, Jakarta: Bina
Aksara, 1989, pp. 32-45.