14791 18800 1 PB
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
PENGARUH KOMPOSISI LARUTAN CETAKDAN NON PELARUT TERHADAP
KINERJA MEMBRAN Polysulfon DENGAN POROGEN PEG 6000DALAM PEMISAHAN
KROMIUM (VI)
THE EFFECT OF CASTING SOLUTION COMPOSITION AND NON SOLVENT
COMPOSITION ON THE PERFORMANCE OF POLYSULFONE MEMBRANES WITH
POROGEN PEG 6000 IN THE SEPARATION OF CHROMIUM (VI)
Husnul Fitriyah* dan Nita Kusumawati
Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Surabaya, Jl.Ketintang, Surabaya, 60231, Telp. 031-8298761
*Corresponding author, email: [email protected]
Abstrak. Salah satu upaya untuk mendapatkan nilai selektivitas dan permeabilitas yang sebanding ialah
dengan membuat membran dengan struktur asimetri. Metode yang dapat digunakan untuk menghasilkan
struktur asimetri ialah dengan metode inversi fasa dan teknik imersi-presipitasi dengan jenis rekayasa
variasi komposisi larutan cetak dan non pelarut. Komposisi larutan cetak dalam penelitian ini adalah
PSf:NMP:PEG (% b/b/b):12:84:4 -16:84:0. Sementara itu, komposisi non pelarut H 2O:CH3OH (% v/v) yang
digunakan dalam penelitian ini adalah 100:0%, 75:25%, 50:50%. Hasil uji permeabilitas membran dengan
larutan umpan K2Cr2O7 menunjukkan nilai fluks membran PSf pada penelitian ini berada pada rentang
antara 1.021,65 Lm-2jam-1 - 9.904,92 Lm-2jam-1, dimana semakin tinggi kadar PSf dalam larutan cetak dan
semakin tinggi kadar metanol dalam non pelarut, semakin rendah permeabilitas membran PSf. Demikian
pula sebaliknya. Sementara itu, hasil uji selektivitas membran menggunakan spektrofotometer UV-Vis
berada pada rentang koefisien rejeksi 11,407 % - 48,592 %, dimana semakin besar komposisi PSf dalam
larutan cetak dan semakin besar kadar metanol dalam non pelarut, semakin rendah selektivitas membran
PSf. Membran dengan kuantitas PSf terkecil memiliki pori dengan ukuran lebih besar dengan nilai modulus
young sebesar 2031,675 N/m2 .Membran dengan kuantitas PSf terbesar memiliki pori dengan ukuran lebih
kecil dengan nilai modulus young sebesar 3427,055 N/m2. Namun demikian, kemunculan struktur asimetri
pada membran PSf yang dihasilkan pada penelitian ini belum teramati secara signifikan.
Kata kunci: membran, Polysulfone, PEG 6000, Kromium (VI)
Abstract. One of the attempts to get the selectivity and permeability value that proportional was by
create membrane with asymmetry structure. Methods that can be used to generate the asymmetry
structure on the membrane were phase inversion with immersion-precipitation technique and variation on
casting solution and non solvent composition. The casting solution composition of the membrane in this
research were PSf:NMP:PEG (%w/w/w) 12:84:4 - 16:84:0. Meanwhile, the non solvent composition
were H2O:CH3OH (% v/v) used in this study were 100:0%; 25:75%; 50:50%. Membrane permeability test
results with a solution of K 2Cr2O7 feed solution showed the flux value of PSf membrane in this research was
at a range 1021.65 Lm-2hour-1 - 9904.92 Lm-2hour-1, where the higher levels of PSf in casting solution
compositions and methanol in the non solvent compositions, the lower permeability of the membrane. And
vice versa. Meanwhile, the selectivity test results of the PSf membrane using Uv-Vis instruments was at a
range 11.41% - 48.59%, where the higher levels of PSf in casting solution composition and the higher levels
of methanol in the non solvent, the lower PSf membrane selectivity. The PSf membrane with lower level of
PSf has larger pore size with young modulus value of 2031.68 N/m 2. the membrane with the higher level of
PSf has smaller pore size with the young modulus value of 3427.055 N/m2. Nevertheless, the emergence
of asymmetric structure on the PSf membrane that resulted in this research has not been significantly
observed.
Keywords: membranes, Polysulfone, PEG 6000, Chromium (VI)
53
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
PENDAHULUAN
Industri tekstil merupakan salah satu sektor
industri yang dapat meningkatkan perekonomian
nasional [1]. Namun demikian, industri tekstil juga
memberikan
efek
negatif,
yaitu
adanya
pencemaran lingkungan. Limbah cair yang
dihasilkan tersebut mengandung bahan kimia
organik, anorganik, serta logam berat yang
tinggi.Salah satu parameter yang dapat digunakan
sebagai indikator air tercemar, dan dinilai
berbahaya untuk lingkungan yaitu kadar krom total
[2].
Kromium merupakan salah satu jenis logam
berat yang banyak digunakan dalam proses
pencelupan baik sebagai zat warna maupun sebagai
mordan (pengikat warna) [3]. Kromium merupakan
kontaminan yang berbahaya bagi ekosistem karena
logam kromium, khususnya kromium heksavalen
(Cr(VI))
bersifat
mudah larut,
beracun,
karsinogenik, dermatoksis, dan dalam jumlah
berlebih dapat menyebabkan kematian pada
hewan, manusia serta mikroorganisme [4]. Oleh
karena itu, dibutuhkan treatment limbah kromium
agar limbah yang dibuang tidak menimbulkan
pencemaran lingkungan. Salah satu bentuk
treatment limbah kromium adalah menggunakan
teknologi membran [5].
Selama ini metode yang banyak digunakan
untuk preparasi membran PSf, antara lain adalah
sintering dan track-etching. Namun pada
perkembangan selanjutnya, kedua metode tersebut
tidak banyak digunakan lagi karena membran yang
dihasilkan dengan kedua metode preparasi tersebut
memiliki perbandingan nilai selektivitas dan
permeabilitas yang sangat jauh. Hal tersebut
disebabkan karena membran yang terbentuk masih
memiliki struktur simetri. Salah satu upaya untuk
mendapatkan nilai selektivitas dan permeabilitas
yang hampir sama besar ialah dengan membuat
membran dengan struktur asimetri [6]. Metode
yang dapat digunakan untuk menghasilkan kinerja
membran yang hampir sama besar pada membran
PSf ialah dengan metode inversi fasa dan teknik
imersi-presipitasi. Jenis rekayasa yang sering
digunakan dalam metode inversi fasa dan teknik
imersi-presipitasi ialah variasi komposisi larutan
cetak dan non pelarut.
Berdasarkan latar belakang tersebut, penelitian
ini akan dilakukan untuk mengetahui pengaruh
komposisi larutan cetak dan non pelarut terhadap
kinerja membran PSf. Larutan cetak membran PSf
dalam penelitian ini terdiri dari PSf sebagai bahan
dasar, NMP sebagai pelarut, Polyethylene glycol
(PEG) sebagai zat aditif dan non pelarut yang
digunakan adalah air/metanol. Komposisi larutan
cetak dalam penelitian ini adalah PSf:NMP:PEG
(% b/b/b): 16:84:0; 13,5:84:2,5 13:84:3;
12.5:84:3,5; 12:84:4. Komposisi non pelarut
(H2O:CH3OH) (% v/v) yang digunakan dalam
penelitian ini adalah 100:0%, 75:25%, 50:50%.
Selanjutnya, membran yang terbentuk
dilakukan
analisis
permebilitas
membran
menggunakan
reaktor
membran
“deadend”,analisis selektivitas membran menggunakan
UV-Vis, analisis kekuatan mekanik menggunakan
autograph, dan analisis morfologi permukaan dan
penampang melintang membran menggunakan
SEM.
METODE PENELITIAN
Alat dan Bahan
Pada penelitian ini digunakan alat-alat gelas,
antara lain gelas kimia, labu ukur, gelas ukur,
corong gelas, spatula dan kaca arloji. Selain itu,
juga
digunakan
pengaduk
magnetikuntuk
mencampurkan bahan membran, neraca analitik,
kompresor sebagai sumber tekanan. Instrumen
yang digunakan untuk analisis pada penelitian ini,
meliputi Scanning Electron Microscope (SEM),
autograph, reaktor membran “dead-end” dan
spektrofotometri UV-Vis.
Bahan-bahan
yang
digunakan
pada
penelitian ini adalah adalah Polysulfon (Mw 35,00
(pelet), Sigma-Aldrich), NMP (anhydrous 99.5%,
Sigma Aldrich), PEG 6000, aquades, etanol
(CH3OH). Untuk menunjukkan kinerja membran
PSf (fluk dan rejeksi) digunakan larutan K 2Cr2O75
ppm.
PROSEDUR PENELITIAN
Preparasi Membran PSf
PSf dilarutkan dalam N-Methilpyrolydinone
(NMP) kemudian ditambah aditif PEG dengan
perbandingan (12:84:4) (%b/b/b). Campuran bahan
tersebut diaduk dengan pengaduk magnetik hingga
54
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
homogen selama 2 jam pada temperatur 60°C dan
dihasilkan larutan cetak [7]. Larutan cetak
selanjutnya dicetak diatas kaca yang telah dilapisi
oleh polyester dan dicetak dengan alat casting
knife dengan ketebalan 0,8 mmlarutan cetak yang
telah melewati alat casting knifedirendam dalam
bak koagulasi yang berisi campuran aquades dan
metanol dengan perbandingan 100:0; 75:25; dan
50:50 % (v/v) agar terlepas dari cetakan. Membran
PSf padat yang terbentuk dicuci dengan air
sebanyak 3 kali untuk menghilangkan kelebihan
pelarut. Setelah pencucian, membran dikeringkan.
Untuk mengetahui karakteristik membran yang
terbentuk, dilakukan analisis Scanning Electron
Microscope (SEM), dan uji kuat tarik
menggunakan Autograph. Perlakuan yang sama
juga diterapkan untuk pembuatan membran dengan
komposisi
PSf/NMP/PEG
adalah 12:84:4;
12,5:84:3,5; 13:84:3; 16:84:0 (%b/b/b).
spektrofotometer UV-Vis. Koefisien rejeksinya
sesuai persamaan berikut ini :
……………… (2)
Keterangan :
R= Koefisien rejeksi (%)
Cp= Konsentrasi zat terlarut dalam permeat
Cr= Konsentrasi zat terlarut dalam umpan
Kekuatan Mekanik Membran
Analisis sifat mekanik membran
dilakukan pada membran dengan nilai kinerja
terbesar (fluks dan rejeksi) menggunakan
instrument autograph. Data yang didapat akan
berupa tegangan dan regangan. Selanjutnya,
dari data yang didapat tersebut dibandingkan
antara tegangan dan regangan dengan
menggunakan
persamaanmodulus
young.Persamaan modulus young dinyatakan
sebagai berikut:
Penentuan Permeabilitas Membran
Analisis
permeabilitas
membran
menggunakan alat reaktor “dead-end”. Membran
yang akan diuji, dipotong berbentuk lingkaran
dengan diameter ± 6 cm. Selanjutnya, larutan
umpan K2Cr2O7 5 ppm dimasukkan ke dalam alat,
ditutup rapat dan kemudian kedalamnya dialirkan
tekanan 1 Bar. Waktu yang dibutuhkan seluruh
permeat melewati membran dicatat. Selanjutnya
dapat dihitung nilai fluksnya untuk mengetahui
kemampuan larutan umpan menembus membran
menggunakan persamaan berikut ini :
…………………………...(3)
Keterangan:
= Modulus Young (N/m2)
= tegangan
= regangan
…………..……..………...…(1)
Morfologi Membran
Membran yang memiliki kinerja (fluks
dan rejeksi) terbesar dilakukan analisis
morfologi menggunakan instrument SEM.
Keterangan :
J = nilai fluks (Lm-2jam-1)
t = waktu (jam)
V = volume permeat (L)
A = luas permukaan membran (m2)
Teknik Analisis Data
Dari data fluks, dan rejeksi yang
diperoleh, akan dilakukan analisis data dengan
menggunakan teknik ANOVA (Analysis of
Variance) dua arah untuk mengetahui seberapa
jauh pengaruh komposisi larutan cetak, larutan
non pelarut terhadapkinerja membran dalam
pemisahan larutan K2Cr2O7.
Penentuan Selektivitas Membran
Untuk mengetahui selektivitas membran
PSf terhadap larutan K2Cr2O7, dilakukan
pengukuran selisih konsentrasi larutan
K2Cr2O7, antara sebelum dan sesudah melewati
membran
menggunakan
instrumen
55
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
Pembentukan membran dengan berbagai
komposisi larutan cetak dan komposisi non pelarut
menghasilkan laju inversi fasa yang berbeda-beda.
Berdasarkan hasil penelitian, semakin banyak
komposisi PSf dalam larutan cetak telah
menyebabkan peningkatan kompleksitas interaksi
antar komponen penyusun membran menjadi
semakin lama dan begitu pula sebaliknya, semakin
sedikit komposisi PSf maka waktu inversi fasa
semakin cepat. Selain komposisi larutan cetak,
komposisi non pelarut juga berpengaruh terhadap
waktu inversi fasa, dimana semakin banyak
komposisi metanol di dalam non pelarut maka
semakin lama waktu inversi fasa dan sebaliknya,
semakin sedikit kuantitas metanol dalam non
pelarut maka semakin cepat waktu inversi fasa. Hal
ini disebabkan karena perbedaan parameter
kelarutan metanol terhadap NMP lebih kecil
dibandingkan perbedaan parameter kelarutan air
terhadap NMP. Perbedaan parameter kelarutan non
pelarut terhadap pelarut yang semakin kecil telah
mengakibatkan proses exchange antara non pelarut
dengan pelarut menjadi semakin lama.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Membran PSf
Pembuatan membran pada penelitian ini
dilakukan dengan metode inversi fasa. Dalam
perkembangan teknologi membran, pembuatan
membran dengan metode inversi fasa yang
diinduksi dengan teknik imersi-presipitasi lebih
sering digunakan karena prosesnya yang
sederhana dan memiliki efisiensi waktu yang
baik dalam preparasi membran
Pada penelitian ini, pelarut yang digunakan
untuk melarutkan PSf ialahN-Methilpyrolydinone
(NMP). NMP memiliki nilai perbedaan parameter
kelarutan yang lebih kecil terhadap PSf
dibandingkan dengan pelarut DMAc terhadap PSf
[8]. Selain bahan dasar dan pelarut, dalam sistem
larutan cetak juga terdapat zat aditif, pada
penelitian ini digunakan PEG sebagai zat aditif.
Proses pembuatan membran diawali dengan
pembuatan larutan cetak dengan komposisi
PSf:NMP:PEG (%b/b/b): 16:84:0. Pembuatan
larutan cetak homogen dilakukan pengadukan
menggunakan
temperatur
600C.
Untuk
mendapatkan membran padat, larutan cetak
homogen selanjutnya dicetak menggunakan metode
casting knife dengan ketebalan 0.8 mm pada plat
kaca yang telah dilapisi dengan poliester sebagai
padatan pendukung. Pada akhir tahapan, dilakukan
proses imersi-presipitasi menggunakan non pelarut
H2O:CH3OH (%v/v) 100:0; 75:25; 50:50.
Pemilihan non pelarut yang merupakan
kombinasi air dan metanol didasarkan pada
perbedaan parameter kelarutan non pelarut air dan
metanol terhadap pelarut NMP. Upaya yang
dilakukan dengan mengkombinasikan perbedaan
parameter kelarutan yang besar sebagai hasil
penggunaan kombinasi pelarut NMP dan non
pelarut air serta perbedaan parameter kelarutan
yang kecil sebagai akibat penggunaan kombinasi
pelarut NMP dan non pelarut metanol, diharapkan
akan mampu meminimalisasi potensi pembentukan
macrovoid, seiring dengan peningkatan ukuran
pori pada membran yang bersangkutan [9].
Analisis Permeabilitas Membran
Pada tahapan penelitian ini, uji permeabilitas
membran dilakukan dengan menggunakan
membran PSf berdiameter ± 6 cm dan larutan
umpan K2Cr2O7 5 ppm sebanyak 250 ml. Hasil uji
permeabilitas membran dalam pemisahan kromium
(VI) pada tahapan penelitian tampak pada Gambar
1.
Membran PSf dengan komposisi larutan cetak
PSf:NMP:PEG (%b/b/b) 12:84:4 dan komposisi
non pelarut H2O:CH3OH (%v/v) 100:0 memiliki
nilai fluks maksimum, yaitu sebesar9.904,92 Lm2
jam-1. Sedangkan membran PSf dengan komposisi
larutan cetak PSf:NMP:PEG (%b/b/b)) 16:84:0 dan
komposisi non pelarut H2O:CH3OH(%v/v) 50:50
memiliki nilai fluks minimum, yaitu sebesar
1.039,13Lm-2jam-1.
Membran dengan komposisi larutan cetak
PSf:NMP:PEG (%b/b/b) 16:84:0 memiliki nilai
fluks yang rendah, dikarenakan pada komposisi
larutan cetak tersebut, kuantitas PSf lebih besar
dibanding dengan komposisi larutan cetak lainnya.
Kuantitas PSf yang lebih besar menyebabkan
rantai polimer yang terlalu padat dan rapat
56
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
sehingga membentuk pori yang kecil, begitu pula
sebaliknya. Selain itu, pada komposisi larutan
cetak tersebut, memiliki kuantitas PEG terkecil.
Hal tersebut menyebabkan porositas membran
relatif kecil.
Selain komposisi larutan cetak, komposisi non
pelarut juga mempengaruhi nilai fluks membran.
Membran dengan komposisi non pelarut
H2O:CH3OH(%v/v) 50:50 memiliki nilai fluks
yang rendah, dimana kuantitas CH 3OH yang
digunakan dalam komposisi tersebut merupakan
komposisi terbesar. Hal tersebut menyebabkan
terjadinya proses inversi fasa menjadi lebih lama,
mengingat bahwa metanol memiliki perbedaan
parameter kelarutan yang kecil terhadap NMP.
Proses inversi fasa yang berlangsung lebih lama
mengakibatkan interaksi yang terjadi antara
molekul penyusun membran menjadi lebih kuat
[10]. Hal tersebut menyebabkan pembentukan pori
dengan ukuran yang lebih kecil pada membran.
Ukuran pori yang kecil dan porositas
membran yang sedikit mengakibatkan waktu yang
dibutuhkan membran PSf untuk melewatkan
larutan K2Cr2O7 sebagai larutan umpan menjadi
semakin lama, sehingga permeabilitas membran
bernilai kecil.
Pengaruh komposisi larutan cetak dan
komposisi non pelarut terhadap permeabilitas air
dan larutan umpan Cr(VI) diperkuat oleh hasil
analisis menggunakan ANOVA dua arah, dimana
nilai signifikansi yang diperoleh 0,002 untuk
larutan umpan air dan 0,004 untuk larutan umpan
Cr(VI))
0,05.
AnalisisSelektivitas Membran
Rejeksi membran merupakan parameter
yang digunakan untuk menentukan daya membran
dalam menahan suatu spesi dan melawatkan spesi
yang lainnya. Sifat ini tergantung pada interaksi
antara membran dengan partikel tersebut,ukuran
pori dari membran, serta ukuran partikel yang akan
dilewatkan pada membran.
Untuk mengetahui besarnya koefisien rejeksi
pada membran, harus diketahui terlebih dahulu
absorbansi
permeat
dengan
menggunakan
instrumen spektrofotometer UV Vis. Konsentrasi
larutan kromium (VI) yang melewati membran
diukur menggunakan spektrofotometer UV Vis
pada panjang gelombang 542 nm. Grafik data
selektivitas membran terhadap larutan umpan air
dan K2Cr2O7 tampak pada Gambar 2.
Membran
PSf
dengan
komposisi
PSf:NMP:PEG (%b/b/b)) 12:84:4 dan dengan
komposisi non pelarut H2O/CH3OH(%v/v) 100:0
memiliki nilai rejeksi minimum, yaitu sebesar
11,588%. Sedangkan membran PSf dengan
komposisi PSf:NMP:PEG (%b/b/b) 16:84:0 dan
dengan komposisi non pelarut H2O:CH3OH(%v/v)
50:50 memiliki nilai rejeksi maksimum, yaitu
sebesar 49,314 %.
Ukuran pori dan porositas membran
mempengaruhi selektivitas membran. Ukuran pori
yang kecil dan porositas yang sedikit
mengakibatkan membran lebih selektif terhadap
larutan umpan [11]. Hal tersebut ditunjukkan
dengan diperolehnya nilai rejeksi maksimum pada
membran PSf dengan komposisi PSf/NMP/PEG
(%b/b/b)16:84:0dan dengan komposisi non pelarut
H2O/CH3OH(%v/v)50:50 terhadap larutan umpan
K2Cr2O7.
Keterangan :
a
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12:84:4
b
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12,5:84:3,5
c
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 13:84:3
d
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 13,5:84:2,5
e
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12:84:4
Gambar 1.Grafik nilai fluks membran PSf dengan
larutan umpan K2Cr2O7
57
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
Tabel 1. Data modulus young membrane PSf
yang memiliki nilai fluks dan nilai rejeksi
terbesar
Komposisi
Komposisi
Modolus
Larutan Cetak
Non Pelarut
Young (N/m2)
100/0%
2031,675
12/84/4
16/84/0
Keterangan :
A = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12:84:4
B = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12,5:84:3,5
C = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 13:84:3
D = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 13,5:84:2,5
E = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12:84:4
3427,055
Berdasarkan data pada Tabel 1, dapat diketahui
bahwa membran PSf dengan komposisi larutan
cetak PSf/NMP/PEG (%b/b/b) 12:84:4 dan
komposisi non pelarut H2O/CH3OH (%v/v) 100:0
memiliki nilai modulus young yang lebih kecil
dibandingkan dengan membran PSf dengan
komposisi larutan cetak PSf/NMP/PEG (%b/b/b)
16:84:0
dan
komposisi
non
pelarut
H2O:CH3OH(%v/v) 50:50.
Berdasarkan data pada Tabel 1, komposisi
larutan cetak membran mempengaruhi nilai
modulus young. Membran dengan komposisi
larutan cetak PSf:NMP:PEG (%b/b/b) 16:84:0
memiliki nilai modulus young yang besar,
dikarenakan pada komposisi larutan cetak tersebut,
kuantitas PSf lebih besar dibanding dengan
komposisi larutan cetak lainnya. Kuantitas PSf
yang lebih besar menyebabkan rantai polimer yang
terlalu padat dan rapat sehingga membentuk pori
yang kecil dan kekuatan mekanik membran yang
lebih tinggi, begitu pula sebaliknya.
Selain komposisi larutan cetak, komposisi non
pelarut juga mempengaruhi nilai modulus young
membran. Membran dengan komposisi non pelarut
H2O:CH3OH(%v/v) 50:50 memiliki nilai modulus
young yang besar, dimana kuantitas CH3OH yang
digunakan dalam komposisi tersebut merupakan
komposisi terbesar. Hal tersebut menyebabkan
terjadinya proses inversi fasa menjadi lebih lama,
mengingat bahwa metanol memiliki perbedaan
parameter kelarutan yang kecil terhadap NMP.
Proses inversi fasa yang berlangsung lebih lama
mengakibatkan interaksi yang terjadi antara
molekul penyusun membran menjadi lebih kuat.
Hal tersebut menyebabkan pembentukan pori
dengan ukuran yang lebih kecil pada membran dan
kekuatan mekanik yang lebih kuat.
Gambar 2. Grafik nilai rejeksi membran PSf
terhadap K2Cr2O7
Pengaruh komposisi larutan cetak dan
komposisi non pelarut terhadap selektivitas
membran PSf terhadap larutan umpan Cr(VI)
diperkuat
oleh
hasil
analisis
statistika
menggunakan metode ANOVA dua arah, dimana
nilai signifikansi yang diperoleh (0,024)
(H2O/CH3OH)
50/50%
(H2O/CH3OH)
0,05
Kekuatan Mekanik Membran
Uji mekanik membran bertujuan untuk
mengetahui
kekuatan
mekanik
membran.
Pengukuran sifat mekanik dilakukan dengan
memberikan gaya pada membran sampai
mengalami perpanjangan dan akhirnya terjadi
pemutusan. Salah satu parameter penting dalam uji
mekanik adalah nilai stress atau kekuatan tarik,
strain atau perpanjangan membran saat terjadinya
pemutusan, dan Modulus Young. Uji mekanik pada
penelitian ini dilakukan pada membran yang
memiliki nilai fluks dan nilai rejeksi terbesar. Data
hasil pengujian kekuatan membran, tampak
padaTabel 1.
58
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
59
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
memiliki nilai fluks terbesar. Membran dengan
komposisi larutan cetak PSf:NMP:PEG (%b/b)
16:84:0 dan komposisi nonpelarut H 2O:CH3OH
(%v/v) 50:50 memiliki nilai rejeksi terbesar. Hasil
analisis morfologi permukaan danpenampang
melintang membran dengan nilai fluks terbesar
tampak pada Gambar 3A dan 3B. Hasil analisis
morfologi permukaan dan penampang melintang
membran dengan nilai rejeksi terbesar tampak pada
Gambar 3C dan 3D.
Morfologi Membran PSf
Pada tahapan penelitian ini, telah dilakukan
analisis morfologi permukaan dan penampang
melintangmembran PSf menggunakan SEM.
Analisis tersebut dilakukan pada membran terbaik
yaitu membran yangmemiliki nilai fluks dan nilai
rejeksi terbesar. Membran dengan komposisi
larutan cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b) 12:84:4 dan
komposisi non pelarut H2O:CH3OH (%v/v) 100:0
(A)
(B)
(C)
(D)
Gambar 3.(a) morfologi permukaan dan (b) morfologi penampang melintang membran PSf komposisi
larutan cetak PSf:NMP:PEG6000(%b/b/b) 12:84:4 dankomposisi non pelarut H 2O:CH3OH
(%v/v)100:0(c)morfologi permukaan dan (d) morfologi penampang melintang membran
PSf komposisi larutan cetak PSf:NMP:PEG6000(%b/b/b) 16/84:4 dan komposisi non
pelarut H2O:CH3OH(%v/v) 50:50.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah
dilakukan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Semakin besar kadar PSf dalam larutan cetak
dan semakin besar kadar CH 3OH, semakin
rendah permeabilitas membran PSf dalam
pemisahan kromium (VI).
60
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
2. Semakin besar kadar PSf dalam larutan cetak
dan semakin besar kadar CH 3OH, semakin
tinggi selektivitas membran PSf dalam
pemisahan kromium (VI).
3. Kekuatan mekanik membran PSf dengan
selektivitas terbaik lebih tinggi dibandingkan
dengan kekuatan mekanik membran PSf
dengan permeabilitas terbaik. Kekuatan
mekanik membran PSf dengan selektivitas
terbaik adalah sebesar 3427,06 N/m 2,
sedangkan kekuatan mekanik membran PSf
dengan permeabilitas terbaik adalah sebesar
2031,68 N/m2.
4. Hasil analisis morfologi permukaan dan
penampang
melintang
membran
PSf
menunjukkan bahwa membran PSf dengan
permeabilitas terbaik memiliki ukuran pori
lebih besar dibandingkan dengan membran PSf
dengan
selektivitas
terbaik.Namun,
kemunculan struktur asimetri pada membran
PSf yang dihasilkan belum teramati secara
signifikan.
Nasional Pengelolaan Sumberdaya Alam
dan Lingkungan 2013 Semarang :
Program Magister Ilmu Lingkungan,
Universitas UNDIP.
4.
5.
Salam, Apdus. 2010. Analisis Kualitas Air
Situ Bungur Ciputat Berdasarkan Indeks
Keanekaragaman Fitoplankton. Skripsi.Jakarta
: Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Islam Negeri Syarif Hidayatullah.
Owlad M et al. 2008. Removal of Hexavalent
Chromium-Contamined Water and Waste
water. Water Air Soil Pollut DOI 10.1007 /s1
1270-008-9893-7. Malaysia : Departement of
Chemical Engineering.
6. Wardani, Yogi Kusuma. 2014. Pengaruh
Komposisi
Larutan
Cetak
(PVDF/kitosan/NMP/NH4Cl) dan Non
Pelarut (H2O/CH3OH) Terhadap Kinerja
Membran
Polyvinylidene
fluoride
(PVDF)-kitosan
dalam
Pemisahan
Pewarna Rhodamin-B. Skripsi. Universitas
Negeri Surabaya: Surabaya.
7. Kusumawati, N., Koestiari, T., Monica,
M., Muslim, S. 2014. Pengembangan
Prototipe Membran Berkinerja Tinggi
PVDF/ PSf Sebagai Kandidat Teknologi
Pengolahan Limbah Tekstil Untuk
Mendukung Pencegahan Krisis Air 2025.
Laporan Penelitian Hibah Strategis
Nasional Tahun 2014. Universitas Negeri
Surabaya, Surabaya.
8. Kusumawati, N., Koestiari, T., Monica, M.
2015. The Influence of Casting Solution
Composition and Stirring Condition
Against
Mechanical
Strenght
and
Performance of Polyvinylidene Fluoride
(PVDF)-Polysulfone (PSf) Composite
Membranes
on
Textile
Industrial
Wastewater Treatment. Reseach Journal of
Pharmaceutical, Biological and Chemical
6(1) Page No.271. Chemistry Department,
Surabaya State University, Surabaya,
Indonesia.
9. Koops, G. H., Nolten, J. A. M., Mulder, M.
H. V., Smolders, C. A. 1994. Integrally
Saran
Berdasarkan hasil pnelitian dan hambatanhambatan yang ditemui selama peneliian, dapat
dirumuskan beberapa saran berupa perlu dilakukan
uji coba lebih lanjut mengenai preparasi membran
untuk analisis SEM menggunakan nitrogen cair,
perlu dilakukan analisis ukuran pori menggunakan
SAA dan penambahan komposisi PSf dalam
larutan cetak sehingga selektivitas membran
terhadap larutan kromium (VI) bernilai lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
1. Ningsih, Rahayu. 2012. Potensi Perdagangan
dan Investasi Serat Rayon di Indonesia.
Buletin Ilmiah Litbang Perdagangan, Vol. 6
No. 1. Jakarta.
2. Dwiasi, D. W., Kartika, D.. 2008. Spesiasi
Cr(III) dan Cr(VI) pada Limbah Cair Industri
Elektroplating. Molekul, Vol. 3, No. 2.
Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto
3. Kurniawan, W. M., Purwanto, Sudarno.
2013. Kajian Pengolahan Air Limbah
Sentra Industri Kecil dan Menengah Batik
dalam Perspektif Good governance di
Kabupaten Sukoharjo.Prosiding Seminar
61
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
solvent type on the morphology and gas
permeation properties of polysulfone–silica
nanocomposite membranes. J Polym Res
(2013)
20:216.
Chemical
Engineering
Department, Isfahan University of Technology,
Isfahan, Iran.
12. Aminudin, N.N., Basri, H .,Sean.G.P .,
Hubadillah, K.S. 2014. Effect of PEG
Additive on the Morphology and Permeability
of Polysulfone-Based Membranes. Australian
Journal of Basic and Applied Sciences. Vol.8.
University Tun Hussein Onn, Malaysia.
Skinned Polysulfone Hollow Fiber
Membranes for Pervaporation. Journal of
Applied Polymer Science, Vol. 54.
University of Twente, Netherlands
10. Hartati. 2012. Prediksi Kelarutan Theobromine
Pada
Berbagai
Pelarut
Menggunakan
Parameter Kelarutan Hilderbrand. Momentum,
Vol. 8, No. 1. Program Studi Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Wahid Hasyim,
Semarang
11. Chenar, M. P., Rajabi, H.., Pakizeh, M.,
Sadeghi, M., Bolverdi, A. 2013. Effect of
62
PENGARUH KOMPOSISI LARUTAN CETAKDAN NON PELARUT TERHADAP
KINERJA MEMBRAN Polysulfon DENGAN POROGEN PEG 6000DALAM PEMISAHAN
KROMIUM (VI)
THE EFFECT OF CASTING SOLUTION COMPOSITION AND NON SOLVENT
COMPOSITION ON THE PERFORMANCE OF POLYSULFONE MEMBRANES WITH
POROGEN PEG 6000 IN THE SEPARATION OF CHROMIUM (VI)
Husnul Fitriyah* dan Nita Kusumawati
Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Negeri Surabaya, Jl.Ketintang, Surabaya, 60231, Telp. 031-8298761
*Corresponding author, email: [email protected]
Abstrak. Salah satu upaya untuk mendapatkan nilai selektivitas dan permeabilitas yang sebanding ialah
dengan membuat membran dengan struktur asimetri. Metode yang dapat digunakan untuk menghasilkan
struktur asimetri ialah dengan metode inversi fasa dan teknik imersi-presipitasi dengan jenis rekayasa
variasi komposisi larutan cetak dan non pelarut. Komposisi larutan cetak dalam penelitian ini adalah
PSf:NMP:PEG (% b/b/b):12:84:4 -16:84:0. Sementara itu, komposisi non pelarut H 2O:CH3OH (% v/v) yang
digunakan dalam penelitian ini adalah 100:0%, 75:25%, 50:50%. Hasil uji permeabilitas membran dengan
larutan umpan K2Cr2O7 menunjukkan nilai fluks membran PSf pada penelitian ini berada pada rentang
antara 1.021,65 Lm-2jam-1 - 9.904,92 Lm-2jam-1, dimana semakin tinggi kadar PSf dalam larutan cetak dan
semakin tinggi kadar metanol dalam non pelarut, semakin rendah permeabilitas membran PSf. Demikian
pula sebaliknya. Sementara itu, hasil uji selektivitas membran menggunakan spektrofotometer UV-Vis
berada pada rentang koefisien rejeksi 11,407 % - 48,592 %, dimana semakin besar komposisi PSf dalam
larutan cetak dan semakin besar kadar metanol dalam non pelarut, semakin rendah selektivitas membran
PSf. Membran dengan kuantitas PSf terkecil memiliki pori dengan ukuran lebih besar dengan nilai modulus
young sebesar 2031,675 N/m2 .Membran dengan kuantitas PSf terbesar memiliki pori dengan ukuran lebih
kecil dengan nilai modulus young sebesar 3427,055 N/m2. Namun demikian, kemunculan struktur asimetri
pada membran PSf yang dihasilkan pada penelitian ini belum teramati secara signifikan.
Kata kunci: membran, Polysulfone, PEG 6000, Kromium (VI)
Abstract. One of the attempts to get the selectivity and permeability value that proportional was by
create membrane with asymmetry structure. Methods that can be used to generate the asymmetry
structure on the membrane were phase inversion with immersion-precipitation technique and variation on
casting solution and non solvent composition. The casting solution composition of the membrane in this
research were PSf:NMP:PEG (%w/w/w) 12:84:4 - 16:84:0. Meanwhile, the non solvent composition
were H2O:CH3OH (% v/v) used in this study were 100:0%; 25:75%; 50:50%. Membrane permeability test
results with a solution of K 2Cr2O7 feed solution showed the flux value of PSf membrane in this research was
at a range 1021.65 Lm-2hour-1 - 9904.92 Lm-2hour-1, where the higher levels of PSf in casting solution
compositions and methanol in the non solvent compositions, the lower permeability of the membrane. And
vice versa. Meanwhile, the selectivity test results of the PSf membrane using Uv-Vis instruments was at a
range 11.41% - 48.59%, where the higher levels of PSf in casting solution composition and the higher levels
of methanol in the non solvent, the lower PSf membrane selectivity. The PSf membrane with lower level of
PSf has larger pore size with young modulus value of 2031.68 N/m 2. the membrane with the higher level of
PSf has smaller pore size with the young modulus value of 3427.055 N/m2. Nevertheless, the emergence
of asymmetric structure on the PSf membrane that resulted in this research has not been significantly
observed.
Keywords: membranes, Polysulfone, PEG 6000, Chromium (VI)
53
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
PENDAHULUAN
Industri tekstil merupakan salah satu sektor
industri yang dapat meningkatkan perekonomian
nasional [1]. Namun demikian, industri tekstil juga
memberikan
efek
negatif,
yaitu
adanya
pencemaran lingkungan. Limbah cair yang
dihasilkan tersebut mengandung bahan kimia
organik, anorganik, serta logam berat yang
tinggi.Salah satu parameter yang dapat digunakan
sebagai indikator air tercemar, dan dinilai
berbahaya untuk lingkungan yaitu kadar krom total
[2].
Kromium merupakan salah satu jenis logam
berat yang banyak digunakan dalam proses
pencelupan baik sebagai zat warna maupun sebagai
mordan (pengikat warna) [3]. Kromium merupakan
kontaminan yang berbahaya bagi ekosistem karena
logam kromium, khususnya kromium heksavalen
(Cr(VI))
bersifat
mudah larut,
beracun,
karsinogenik, dermatoksis, dan dalam jumlah
berlebih dapat menyebabkan kematian pada
hewan, manusia serta mikroorganisme [4]. Oleh
karena itu, dibutuhkan treatment limbah kromium
agar limbah yang dibuang tidak menimbulkan
pencemaran lingkungan. Salah satu bentuk
treatment limbah kromium adalah menggunakan
teknologi membran [5].
Selama ini metode yang banyak digunakan
untuk preparasi membran PSf, antara lain adalah
sintering dan track-etching. Namun pada
perkembangan selanjutnya, kedua metode tersebut
tidak banyak digunakan lagi karena membran yang
dihasilkan dengan kedua metode preparasi tersebut
memiliki perbandingan nilai selektivitas dan
permeabilitas yang sangat jauh. Hal tersebut
disebabkan karena membran yang terbentuk masih
memiliki struktur simetri. Salah satu upaya untuk
mendapatkan nilai selektivitas dan permeabilitas
yang hampir sama besar ialah dengan membuat
membran dengan struktur asimetri [6]. Metode
yang dapat digunakan untuk menghasilkan kinerja
membran yang hampir sama besar pada membran
PSf ialah dengan metode inversi fasa dan teknik
imersi-presipitasi. Jenis rekayasa yang sering
digunakan dalam metode inversi fasa dan teknik
imersi-presipitasi ialah variasi komposisi larutan
cetak dan non pelarut.
Berdasarkan latar belakang tersebut, penelitian
ini akan dilakukan untuk mengetahui pengaruh
komposisi larutan cetak dan non pelarut terhadap
kinerja membran PSf. Larutan cetak membran PSf
dalam penelitian ini terdiri dari PSf sebagai bahan
dasar, NMP sebagai pelarut, Polyethylene glycol
(PEG) sebagai zat aditif dan non pelarut yang
digunakan adalah air/metanol. Komposisi larutan
cetak dalam penelitian ini adalah PSf:NMP:PEG
(% b/b/b): 16:84:0; 13,5:84:2,5 13:84:3;
12.5:84:3,5; 12:84:4. Komposisi non pelarut
(H2O:CH3OH) (% v/v) yang digunakan dalam
penelitian ini adalah 100:0%, 75:25%, 50:50%.
Selanjutnya, membran yang terbentuk
dilakukan
analisis
permebilitas
membran
menggunakan
reaktor
membran
“deadend”,analisis selektivitas membran menggunakan
UV-Vis, analisis kekuatan mekanik menggunakan
autograph, dan analisis morfologi permukaan dan
penampang melintang membran menggunakan
SEM.
METODE PENELITIAN
Alat dan Bahan
Pada penelitian ini digunakan alat-alat gelas,
antara lain gelas kimia, labu ukur, gelas ukur,
corong gelas, spatula dan kaca arloji. Selain itu,
juga
digunakan
pengaduk
magnetikuntuk
mencampurkan bahan membran, neraca analitik,
kompresor sebagai sumber tekanan. Instrumen
yang digunakan untuk analisis pada penelitian ini,
meliputi Scanning Electron Microscope (SEM),
autograph, reaktor membran “dead-end” dan
spektrofotometri UV-Vis.
Bahan-bahan
yang
digunakan
pada
penelitian ini adalah adalah Polysulfon (Mw 35,00
(pelet), Sigma-Aldrich), NMP (anhydrous 99.5%,
Sigma Aldrich), PEG 6000, aquades, etanol
(CH3OH). Untuk menunjukkan kinerja membran
PSf (fluk dan rejeksi) digunakan larutan K 2Cr2O75
ppm.
PROSEDUR PENELITIAN
Preparasi Membran PSf
PSf dilarutkan dalam N-Methilpyrolydinone
(NMP) kemudian ditambah aditif PEG dengan
perbandingan (12:84:4) (%b/b/b). Campuran bahan
tersebut diaduk dengan pengaduk magnetik hingga
54
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
homogen selama 2 jam pada temperatur 60°C dan
dihasilkan larutan cetak [7]. Larutan cetak
selanjutnya dicetak diatas kaca yang telah dilapisi
oleh polyester dan dicetak dengan alat casting
knife dengan ketebalan 0,8 mmlarutan cetak yang
telah melewati alat casting knifedirendam dalam
bak koagulasi yang berisi campuran aquades dan
metanol dengan perbandingan 100:0; 75:25; dan
50:50 % (v/v) agar terlepas dari cetakan. Membran
PSf padat yang terbentuk dicuci dengan air
sebanyak 3 kali untuk menghilangkan kelebihan
pelarut. Setelah pencucian, membran dikeringkan.
Untuk mengetahui karakteristik membran yang
terbentuk, dilakukan analisis Scanning Electron
Microscope (SEM), dan uji kuat tarik
menggunakan Autograph. Perlakuan yang sama
juga diterapkan untuk pembuatan membran dengan
komposisi
PSf/NMP/PEG
adalah 12:84:4;
12,5:84:3,5; 13:84:3; 16:84:0 (%b/b/b).
spektrofotometer UV-Vis. Koefisien rejeksinya
sesuai persamaan berikut ini :
……………… (2)
Keterangan :
R= Koefisien rejeksi (%)
Cp= Konsentrasi zat terlarut dalam permeat
Cr= Konsentrasi zat terlarut dalam umpan
Kekuatan Mekanik Membran
Analisis sifat mekanik membran
dilakukan pada membran dengan nilai kinerja
terbesar (fluks dan rejeksi) menggunakan
instrument autograph. Data yang didapat akan
berupa tegangan dan regangan. Selanjutnya,
dari data yang didapat tersebut dibandingkan
antara tegangan dan regangan dengan
menggunakan
persamaanmodulus
young.Persamaan modulus young dinyatakan
sebagai berikut:
Penentuan Permeabilitas Membran
Analisis
permeabilitas
membran
menggunakan alat reaktor “dead-end”. Membran
yang akan diuji, dipotong berbentuk lingkaran
dengan diameter ± 6 cm. Selanjutnya, larutan
umpan K2Cr2O7 5 ppm dimasukkan ke dalam alat,
ditutup rapat dan kemudian kedalamnya dialirkan
tekanan 1 Bar. Waktu yang dibutuhkan seluruh
permeat melewati membran dicatat. Selanjutnya
dapat dihitung nilai fluksnya untuk mengetahui
kemampuan larutan umpan menembus membran
menggunakan persamaan berikut ini :
…………………………...(3)
Keterangan:
= Modulus Young (N/m2)
= tegangan
= regangan
…………..……..………...…(1)
Morfologi Membran
Membran yang memiliki kinerja (fluks
dan rejeksi) terbesar dilakukan analisis
morfologi menggunakan instrument SEM.
Keterangan :
J = nilai fluks (Lm-2jam-1)
t = waktu (jam)
V = volume permeat (L)
A = luas permukaan membran (m2)
Teknik Analisis Data
Dari data fluks, dan rejeksi yang
diperoleh, akan dilakukan analisis data dengan
menggunakan teknik ANOVA (Analysis of
Variance) dua arah untuk mengetahui seberapa
jauh pengaruh komposisi larutan cetak, larutan
non pelarut terhadapkinerja membran dalam
pemisahan larutan K2Cr2O7.
Penentuan Selektivitas Membran
Untuk mengetahui selektivitas membran
PSf terhadap larutan K2Cr2O7, dilakukan
pengukuran selisih konsentrasi larutan
K2Cr2O7, antara sebelum dan sesudah melewati
membran
menggunakan
instrumen
55
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
Pembentukan membran dengan berbagai
komposisi larutan cetak dan komposisi non pelarut
menghasilkan laju inversi fasa yang berbeda-beda.
Berdasarkan hasil penelitian, semakin banyak
komposisi PSf dalam larutan cetak telah
menyebabkan peningkatan kompleksitas interaksi
antar komponen penyusun membran menjadi
semakin lama dan begitu pula sebaliknya, semakin
sedikit komposisi PSf maka waktu inversi fasa
semakin cepat. Selain komposisi larutan cetak,
komposisi non pelarut juga berpengaruh terhadap
waktu inversi fasa, dimana semakin banyak
komposisi metanol di dalam non pelarut maka
semakin lama waktu inversi fasa dan sebaliknya,
semakin sedikit kuantitas metanol dalam non
pelarut maka semakin cepat waktu inversi fasa. Hal
ini disebabkan karena perbedaan parameter
kelarutan metanol terhadap NMP lebih kecil
dibandingkan perbedaan parameter kelarutan air
terhadap NMP. Perbedaan parameter kelarutan non
pelarut terhadap pelarut yang semakin kecil telah
mengakibatkan proses exchange antara non pelarut
dengan pelarut menjadi semakin lama.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Preparasi Membran PSf
Pembuatan membran pada penelitian ini
dilakukan dengan metode inversi fasa. Dalam
perkembangan teknologi membran, pembuatan
membran dengan metode inversi fasa yang
diinduksi dengan teknik imersi-presipitasi lebih
sering digunakan karena prosesnya yang
sederhana dan memiliki efisiensi waktu yang
baik dalam preparasi membran
Pada penelitian ini, pelarut yang digunakan
untuk melarutkan PSf ialahN-Methilpyrolydinone
(NMP). NMP memiliki nilai perbedaan parameter
kelarutan yang lebih kecil terhadap PSf
dibandingkan dengan pelarut DMAc terhadap PSf
[8]. Selain bahan dasar dan pelarut, dalam sistem
larutan cetak juga terdapat zat aditif, pada
penelitian ini digunakan PEG sebagai zat aditif.
Proses pembuatan membran diawali dengan
pembuatan larutan cetak dengan komposisi
PSf:NMP:PEG (%b/b/b): 16:84:0. Pembuatan
larutan cetak homogen dilakukan pengadukan
menggunakan
temperatur
600C.
Untuk
mendapatkan membran padat, larutan cetak
homogen selanjutnya dicetak menggunakan metode
casting knife dengan ketebalan 0.8 mm pada plat
kaca yang telah dilapisi dengan poliester sebagai
padatan pendukung. Pada akhir tahapan, dilakukan
proses imersi-presipitasi menggunakan non pelarut
H2O:CH3OH (%v/v) 100:0; 75:25; 50:50.
Pemilihan non pelarut yang merupakan
kombinasi air dan metanol didasarkan pada
perbedaan parameter kelarutan non pelarut air dan
metanol terhadap pelarut NMP. Upaya yang
dilakukan dengan mengkombinasikan perbedaan
parameter kelarutan yang besar sebagai hasil
penggunaan kombinasi pelarut NMP dan non
pelarut air serta perbedaan parameter kelarutan
yang kecil sebagai akibat penggunaan kombinasi
pelarut NMP dan non pelarut metanol, diharapkan
akan mampu meminimalisasi potensi pembentukan
macrovoid, seiring dengan peningkatan ukuran
pori pada membran yang bersangkutan [9].
Analisis Permeabilitas Membran
Pada tahapan penelitian ini, uji permeabilitas
membran dilakukan dengan menggunakan
membran PSf berdiameter ± 6 cm dan larutan
umpan K2Cr2O7 5 ppm sebanyak 250 ml. Hasil uji
permeabilitas membran dalam pemisahan kromium
(VI) pada tahapan penelitian tampak pada Gambar
1.
Membran PSf dengan komposisi larutan cetak
PSf:NMP:PEG (%b/b/b) 12:84:4 dan komposisi
non pelarut H2O:CH3OH (%v/v) 100:0 memiliki
nilai fluks maksimum, yaitu sebesar9.904,92 Lm2
jam-1. Sedangkan membran PSf dengan komposisi
larutan cetak PSf:NMP:PEG (%b/b/b)) 16:84:0 dan
komposisi non pelarut H2O:CH3OH(%v/v) 50:50
memiliki nilai fluks minimum, yaitu sebesar
1.039,13Lm-2jam-1.
Membran dengan komposisi larutan cetak
PSf:NMP:PEG (%b/b/b) 16:84:0 memiliki nilai
fluks yang rendah, dikarenakan pada komposisi
larutan cetak tersebut, kuantitas PSf lebih besar
dibanding dengan komposisi larutan cetak lainnya.
Kuantitas PSf yang lebih besar menyebabkan
rantai polimer yang terlalu padat dan rapat
56
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
sehingga membentuk pori yang kecil, begitu pula
sebaliknya. Selain itu, pada komposisi larutan
cetak tersebut, memiliki kuantitas PEG terkecil.
Hal tersebut menyebabkan porositas membran
relatif kecil.
Selain komposisi larutan cetak, komposisi non
pelarut juga mempengaruhi nilai fluks membran.
Membran dengan komposisi non pelarut
H2O:CH3OH(%v/v) 50:50 memiliki nilai fluks
yang rendah, dimana kuantitas CH 3OH yang
digunakan dalam komposisi tersebut merupakan
komposisi terbesar. Hal tersebut menyebabkan
terjadinya proses inversi fasa menjadi lebih lama,
mengingat bahwa metanol memiliki perbedaan
parameter kelarutan yang kecil terhadap NMP.
Proses inversi fasa yang berlangsung lebih lama
mengakibatkan interaksi yang terjadi antara
molekul penyusun membran menjadi lebih kuat
[10]. Hal tersebut menyebabkan pembentukan pori
dengan ukuran yang lebih kecil pada membran.
Ukuran pori yang kecil dan porositas
membran yang sedikit mengakibatkan waktu yang
dibutuhkan membran PSf untuk melewatkan
larutan K2Cr2O7 sebagai larutan umpan menjadi
semakin lama, sehingga permeabilitas membran
bernilai kecil.
Pengaruh komposisi larutan cetak dan
komposisi non pelarut terhadap permeabilitas air
dan larutan umpan Cr(VI) diperkuat oleh hasil
analisis menggunakan ANOVA dua arah, dimana
nilai signifikansi yang diperoleh 0,002 untuk
larutan umpan air dan 0,004 untuk larutan umpan
Cr(VI))
0,05.
AnalisisSelektivitas Membran
Rejeksi membran merupakan parameter
yang digunakan untuk menentukan daya membran
dalam menahan suatu spesi dan melawatkan spesi
yang lainnya. Sifat ini tergantung pada interaksi
antara membran dengan partikel tersebut,ukuran
pori dari membran, serta ukuran partikel yang akan
dilewatkan pada membran.
Untuk mengetahui besarnya koefisien rejeksi
pada membran, harus diketahui terlebih dahulu
absorbansi
permeat
dengan
menggunakan
instrumen spektrofotometer UV Vis. Konsentrasi
larutan kromium (VI) yang melewati membran
diukur menggunakan spektrofotometer UV Vis
pada panjang gelombang 542 nm. Grafik data
selektivitas membran terhadap larutan umpan air
dan K2Cr2O7 tampak pada Gambar 2.
Membran
PSf
dengan
komposisi
PSf:NMP:PEG (%b/b/b)) 12:84:4 dan dengan
komposisi non pelarut H2O/CH3OH(%v/v) 100:0
memiliki nilai rejeksi minimum, yaitu sebesar
11,588%. Sedangkan membran PSf dengan
komposisi PSf:NMP:PEG (%b/b/b) 16:84:0 dan
dengan komposisi non pelarut H2O:CH3OH(%v/v)
50:50 memiliki nilai rejeksi maksimum, yaitu
sebesar 49,314 %.
Ukuran pori dan porositas membran
mempengaruhi selektivitas membran. Ukuran pori
yang kecil dan porositas yang sedikit
mengakibatkan membran lebih selektif terhadap
larutan umpan [11]. Hal tersebut ditunjukkan
dengan diperolehnya nilai rejeksi maksimum pada
membran PSf dengan komposisi PSf/NMP/PEG
(%b/b/b)16:84:0dan dengan komposisi non pelarut
H2O/CH3OH(%v/v)50:50 terhadap larutan umpan
K2Cr2O7.
Keterangan :
a
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12:84:4
b
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12,5:84:3,5
c
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 13:84:3
d
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 13,5:84:2,5
e
= Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12:84:4
Gambar 1.Grafik nilai fluks membran PSf dengan
larutan umpan K2Cr2O7
57
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
Tabel 1. Data modulus young membrane PSf
yang memiliki nilai fluks dan nilai rejeksi
terbesar
Komposisi
Komposisi
Modolus
Larutan Cetak
Non Pelarut
Young (N/m2)
100/0%
2031,675
12/84/4
16/84/0
Keterangan :
A = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12:84:4
B = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12,5:84:3,5
C = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 13:84:3
D = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 13,5:84:2,5
E = Larutan Cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b)
= 12:84:4
3427,055
Berdasarkan data pada Tabel 1, dapat diketahui
bahwa membran PSf dengan komposisi larutan
cetak PSf/NMP/PEG (%b/b/b) 12:84:4 dan
komposisi non pelarut H2O/CH3OH (%v/v) 100:0
memiliki nilai modulus young yang lebih kecil
dibandingkan dengan membran PSf dengan
komposisi larutan cetak PSf/NMP/PEG (%b/b/b)
16:84:0
dan
komposisi
non
pelarut
H2O:CH3OH(%v/v) 50:50.
Berdasarkan data pada Tabel 1, komposisi
larutan cetak membran mempengaruhi nilai
modulus young. Membran dengan komposisi
larutan cetak PSf:NMP:PEG (%b/b/b) 16:84:0
memiliki nilai modulus young yang besar,
dikarenakan pada komposisi larutan cetak tersebut,
kuantitas PSf lebih besar dibanding dengan
komposisi larutan cetak lainnya. Kuantitas PSf
yang lebih besar menyebabkan rantai polimer yang
terlalu padat dan rapat sehingga membentuk pori
yang kecil dan kekuatan mekanik membran yang
lebih tinggi, begitu pula sebaliknya.
Selain komposisi larutan cetak, komposisi non
pelarut juga mempengaruhi nilai modulus young
membran. Membran dengan komposisi non pelarut
H2O:CH3OH(%v/v) 50:50 memiliki nilai modulus
young yang besar, dimana kuantitas CH3OH yang
digunakan dalam komposisi tersebut merupakan
komposisi terbesar. Hal tersebut menyebabkan
terjadinya proses inversi fasa menjadi lebih lama,
mengingat bahwa metanol memiliki perbedaan
parameter kelarutan yang kecil terhadap NMP.
Proses inversi fasa yang berlangsung lebih lama
mengakibatkan interaksi yang terjadi antara
molekul penyusun membran menjadi lebih kuat.
Hal tersebut menyebabkan pembentukan pori
dengan ukuran yang lebih kecil pada membran dan
kekuatan mekanik yang lebih kuat.
Gambar 2. Grafik nilai rejeksi membran PSf
terhadap K2Cr2O7
Pengaruh komposisi larutan cetak dan
komposisi non pelarut terhadap selektivitas
membran PSf terhadap larutan umpan Cr(VI)
diperkuat
oleh
hasil
analisis
statistika
menggunakan metode ANOVA dua arah, dimana
nilai signifikansi yang diperoleh (0,024)
(H2O/CH3OH)
50/50%
(H2O/CH3OH)
0,05
Kekuatan Mekanik Membran
Uji mekanik membran bertujuan untuk
mengetahui
kekuatan
mekanik
membran.
Pengukuran sifat mekanik dilakukan dengan
memberikan gaya pada membran sampai
mengalami perpanjangan dan akhirnya terjadi
pemutusan. Salah satu parameter penting dalam uji
mekanik adalah nilai stress atau kekuatan tarik,
strain atau perpanjangan membran saat terjadinya
pemutusan, dan Modulus Young. Uji mekanik pada
penelitian ini dilakukan pada membran yang
memiliki nilai fluks dan nilai rejeksi terbesar. Data
hasil pengujian kekuatan membran, tampak
padaTabel 1.
58
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
59
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
memiliki nilai fluks terbesar. Membran dengan
komposisi larutan cetak PSf:NMP:PEG (%b/b)
16:84:0 dan komposisi nonpelarut H 2O:CH3OH
(%v/v) 50:50 memiliki nilai rejeksi terbesar. Hasil
analisis morfologi permukaan danpenampang
melintang membran dengan nilai fluks terbesar
tampak pada Gambar 3A dan 3B. Hasil analisis
morfologi permukaan dan penampang melintang
membran dengan nilai rejeksi terbesar tampak pada
Gambar 3C dan 3D.
Morfologi Membran PSf
Pada tahapan penelitian ini, telah dilakukan
analisis morfologi permukaan dan penampang
melintangmembran PSf menggunakan SEM.
Analisis tersebut dilakukan pada membran terbaik
yaitu membran yangmemiliki nilai fluks dan nilai
rejeksi terbesar. Membran dengan komposisi
larutan cetak PSf:NMP:PEG(%b/b/b) 12:84:4 dan
komposisi non pelarut H2O:CH3OH (%v/v) 100:0
(A)
(B)
(C)
(D)
Gambar 3.(a) morfologi permukaan dan (b) morfologi penampang melintang membran PSf komposisi
larutan cetak PSf:NMP:PEG6000(%b/b/b) 12:84:4 dankomposisi non pelarut H 2O:CH3OH
(%v/v)100:0(c)morfologi permukaan dan (d) morfologi penampang melintang membran
PSf komposisi larutan cetak PSf:NMP:PEG6000(%b/b/b) 16/84:4 dan komposisi non
pelarut H2O:CH3OH(%v/v) 50:50.
Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah
dilakukan, didapatkan kesimpulan sebagai berikut:
1. Semakin besar kadar PSf dalam larutan cetak
dan semakin besar kadar CH 3OH, semakin
rendah permeabilitas membran PSf dalam
pemisahan kromium (VI).
60
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
2. Semakin besar kadar PSf dalam larutan cetak
dan semakin besar kadar CH 3OH, semakin
tinggi selektivitas membran PSf dalam
pemisahan kromium (VI).
3. Kekuatan mekanik membran PSf dengan
selektivitas terbaik lebih tinggi dibandingkan
dengan kekuatan mekanik membran PSf
dengan permeabilitas terbaik. Kekuatan
mekanik membran PSf dengan selektivitas
terbaik adalah sebesar 3427,06 N/m 2,
sedangkan kekuatan mekanik membran PSf
dengan permeabilitas terbaik adalah sebesar
2031,68 N/m2.
4. Hasil analisis morfologi permukaan dan
penampang
melintang
membran
PSf
menunjukkan bahwa membran PSf dengan
permeabilitas terbaik memiliki ukuran pori
lebih besar dibandingkan dengan membran PSf
dengan
selektivitas
terbaik.Namun,
kemunculan struktur asimetri pada membran
PSf yang dihasilkan belum teramati secara
signifikan.
Nasional Pengelolaan Sumberdaya Alam
dan Lingkungan 2013 Semarang :
Program Magister Ilmu Lingkungan,
Universitas UNDIP.
4.
5.
Salam, Apdus. 2010. Analisis Kualitas Air
Situ Bungur Ciputat Berdasarkan Indeks
Keanekaragaman Fitoplankton. Skripsi.Jakarta
: Fakultas Sains dan Teknologi Universitas
Islam Negeri Syarif Hidayatullah.
Owlad M et al. 2008. Removal of Hexavalent
Chromium-Contamined Water and Waste
water. Water Air Soil Pollut DOI 10.1007 /s1
1270-008-9893-7. Malaysia : Departement of
Chemical Engineering.
6. Wardani, Yogi Kusuma. 2014. Pengaruh
Komposisi
Larutan
Cetak
(PVDF/kitosan/NMP/NH4Cl) dan Non
Pelarut (H2O/CH3OH) Terhadap Kinerja
Membran
Polyvinylidene
fluoride
(PVDF)-kitosan
dalam
Pemisahan
Pewarna Rhodamin-B. Skripsi. Universitas
Negeri Surabaya: Surabaya.
7. Kusumawati, N., Koestiari, T., Monica,
M., Muslim, S. 2014. Pengembangan
Prototipe Membran Berkinerja Tinggi
PVDF/ PSf Sebagai Kandidat Teknologi
Pengolahan Limbah Tekstil Untuk
Mendukung Pencegahan Krisis Air 2025.
Laporan Penelitian Hibah Strategis
Nasional Tahun 2014. Universitas Negeri
Surabaya, Surabaya.
8. Kusumawati, N., Koestiari, T., Monica, M.
2015. The Influence of Casting Solution
Composition and Stirring Condition
Against
Mechanical
Strenght
and
Performance of Polyvinylidene Fluoride
(PVDF)-Polysulfone (PSf) Composite
Membranes
on
Textile
Industrial
Wastewater Treatment. Reseach Journal of
Pharmaceutical, Biological and Chemical
6(1) Page No.271. Chemistry Department,
Surabaya State University, Surabaya,
Indonesia.
9. Koops, G. H., Nolten, J. A. M., Mulder, M.
H. V., Smolders, C. A. 1994. Integrally
Saran
Berdasarkan hasil pnelitian dan hambatanhambatan yang ditemui selama peneliian, dapat
dirumuskan beberapa saran berupa perlu dilakukan
uji coba lebih lanjut mengenai preparasi membran
untuk analisis SEM menggunakan nitrogen cair,
perlu dilakukan analisis ukuran pori menggunakan
SAA dan penambahan komposisi PSf dalam
larutan cetak sehingga selektivitas membran
terhadap larutan kromium (VI) bernilai lebih besar.
DAFTAR PUSTAKA
1. Ningsih, Rahayu. 2012. Potensi Perdagangan
dan Investasi Serat Rayon di Indonesia.
Buletin Ilmiah Litbang Perdagangan, Vol. 6
No. 1. Jakarta.
2. Dwiasi, D. W., Kartika, D.. 2008. Spesiasi
Cr(III) dan Cr(VI) pada Limbah Cair Industri
Elektroplating. Molekul, Vol. 3, No. 2.
Universitas Jenderal Soedirman, Purwokerto
3. Kurniawan, W. M., Purwanto, Sudarno.
2013. Kajian Pengolahan Air Limbah
Sentra Industri Kecil dan Menengah Batik
dalam Perspektif Good governance di
Kabupaten Sukoharjo.Prosiding Seminar
61
UNESA Journal of Chemistry Vol. 5 No. 1 January 2016
solvent type on the morphology and gas
permeation properties of polysulfone–silica
nanocomposite membranes. J Polym Res
(2013)
20:216.
Chemical
Engineering
Department, Isfahan University of Technology,
Isfahan, Iran.
12. Aminudin, N.N., Basri, H .,Sean.G.P .,
Hubadillah, K.S. 2014. Effect of PEG
Additive on the Morphology and Permeability
of Polysulfone-Based Membranes. Australian
Journal of Basic and Applied Sciences. Vol.8.
University Tun Hussein Onn, Malaysia.
Skinned Polysulfone Hollow Fiber
Membranes for Pervaporation. Journal of
Applied Polymer Science, Vol. 54.
University of Twente, Netherlands
10. Hartati. 2012. Prediksi Kelarutan Theobromine
Pada
Berbagai
Pelarut
Menggunakan
Parameter Kelarutan Hilderbrand. Momentum,
Vol. 8, No. 1. Program Studi Teknik Kimia,
Fakultas Teknik, Universitas Wahid Hasyim,
Semarang
11. Chenar, M. P., Rajabi, H.., Pakizeh, M.,
Sadeghi, M., Bolverdi, A. 2013. Effect of
62