PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT DARI KITIN SE
PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT
DARI KITIN – SEKAM PADI UNTUK
PROSES PERVAPORASI
Iwan Ridwan, Rispiandi
Teknik Kimia – Politeknik Negeri Bandung
Jl. Gegerkalong Hilir – Ds Ciwaruga, Bandung 40012
Telp/fax : (022) 2016 403
E-mail : ridwantk@gmail.com
rispiandi@gmail.com
Abstrak
Pervaporasi merupakan proses pemisahan yang menggunakan membran rapat. Membran ini
dapat memisahkan campuran bahan organik azeotrop yang mempunyai titik didih hampir sama
pada tekanan atmosfir. Pemisahan pada proses ini didasarkan pada kelarutan umpan terhadap
membran bukan berdasarkan ukuran molekul umpan. Pada proses pervaporasi untuk dehidrasi
isopropanol-air, membran yang digunakan adalah membran komposit kitosan-silika yang
memiliki sifat hidrofilik, tidak larut oleh isopropanol, memiliki fluks yang baik namun
selektivitas yang rendah, serta tahan pada operasi bertekanan. Kitosan sebagai bahan baku
utama membran merupakan turunan kitin melalui proses deasetilasi. Derajat deasetilasi kitin
sebesar 56% diperoleh berdasarkan perhitungan melalui analisis FTIR. Penambahan silika
dilakukan untuk meningkatkan kinerja membran sehingga memiliki nilai fluks dan selektivitas
yang baik. Dari hasil analisis DoS terlihat bahwa semakin tinggi konsentrasi isopropanol maka
DoS membran akan semakin kecil. Namun, penambahan silika pada membran komposit
kitosan-silika tidak mampu menurunkan DoS membran. Dengan menggunakan analisis SEM
terlihat bahwa membran memiliki kerapatan yang baik (dense) walaupun memiliki rekahan
yang disebabkan adanya agregat silika atau kitosan yang tidak larut.
Kata kunci : membran, komposit, kitosan-silika
dilakukan dengan teknik pervaporasi
karena lebih efektif, lebih hemat energi
dan ramah lingkungan dibandingkan
dengan cara konvensional.
PENDAHULUAN
Pemisahan alkohol dengan distilasi
konvensional tidak dapat menghasilkan
alkohol dengan kemurnian yang tinggi
karena memiliki keterbatasan terutama
pada kondisi azeotrop. Sedangkan
pemisahan
dengan
menggunakan
pelarut yang selektif terhadap salah satu
komponen pada proses distilasi
membutuhkan biaya besar. Untuk
mengantisipasi permasalahan tersebut
maka perlu dilakukan suatu cara
alternatif untuk mendapatkan alkohol
murni
dengan
biaya
seminimal
mungkin. Dengan berkembangnya
teknologi membran, pemisahan larutan
yang memiliki kondisi azeotrop dapat
Isopropanol yang biasanya dihasilkan
adalah isopropanol dengan kandungan
95%-v dalam larutan. Sebagai aditif
bahan bakar, kemurniannya harus
mencapai minimal 99,85%-v. Salah satu
cara untuk mendehidrasi isopropanol
95%-v menjadi 99,85%-v adalah
dengan cara pervaporasi menggunakan
membran komposit kitosan-silika. Pada
penelitian ini, diharapkan dapat
meningkatkan penggunaan silika dari
sekam padi yang digunakan sebagai
12
Iwan Ridwan, Rispiandi ─ Pembuatan Membran Komposit ─────────────────────────
bahan komposit membran untuk
meningkatkan kemampuan membran
dalam memisahkan campuran rantai
alkohol dengan air sehingga di dapatkan
alkohol yang murni. Penambahan zeolit
sebagai komposit pada membran
diharapkan
mampu
meningkatkan
kinerja
membran
antara
lain
menurunkan derajat pengembangan
(DoS), meningkatkan nilai selektivitas
membran tanpa menurunkan fluks total,
serta menurunkan energi aktivasi.
dari sekam padi kemudian digunakan
pada pembuatan membran komposit
kitosan-silika.
NaOH
Kitin
Asam
Asetat
Kitosan
Silika
(SiO2)
Larutan
Membran
Membran
Komposit
Gambar 1 Proses Pembuatan Membran
Komposit
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian
ini
dilakukan
di
Laboratorium Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Bandung. Peralatan
yang digunakan pada proses pembuatan
membran komposit antara lain reaktor
leher tiga, plat kaca, motor pengaduk,
batang pengaduk, penangas white oil,
sel membran, refraktometer, pompa
peristaltik, dan pompa vakum. Bahan
yang digunakan dalam pembuatan
membran
komposit
kitosan-silika
adalah kitin, NaOH, asam asetat, sekam
padi, air aquadest, isopropanol dan
asam sulfat.
Secara garis besar pembuatan membran
komposit kitosan-silika dapat dilihat di
Gambar 1.
Kitin yang telah dipotong dicampurkan
dengan NaOH 60% di dalam reaktor
dengan perbandingan 1 : 20 b/v.
Kondisi proses deasetilasi dijaga pada
temperatur 124°C selama 90 menit
dengan pengadukan.
Silika diperoleh dari sekam padi yang
telah kering kemudian dipanaskan
hingga menjadi arang (berwarna abuabu) pada tungku terbuka. Arang sekam
padi diabukan di dalam furnace. Abu
sekam
padi
kemudian
diayak
menggunakan alat pengayak sehingga
diperoleh silika. Silika yang diperoleh
Jurnal Sains dan Teknologi
Pada pembuatan membran, kitosan yang
diperoleh dari transformasi kitin
dilarutkan di dalam larutan asam asetat
6% dengan perbandingan 3,5 : 100 b/v.
Larutan tersebut kemudian diaduk
hingga
homogen.
Selanjutnya
ditambahkan silika dengan variasi
konsentrasi 0,25% dan 0,5% b/v
kemudian diaduk hingga homogen.
Larutan tersebut dibuat menjadi
membran dengan metoda casting, yaitu
dengan menuangkan larutan di atas plat
kaca kemudian diratakan dengan
ketebalan membran sesuai dengan yang
diinginkan. Hasil casting kemudian
dikeringkan di dalam tempat tertutup
agar terhindar dari debu selama tiga hari
pada temperatur ruang. Setelah kering
maka terbentuk membran pada plat kaca
tersebut. Membran yang dihasilkan
direndam di dalam larutan yang terdiri
dari 3% NaOH, 47% etanol, dan 50%
air aquadest
untuk
menetralkan
membran dan memudahkan pada saat
melepaskan membran dari plat kaca.
Selanjutnya membran direndam di
dalam larutan H2SO4 1 M untuk proses
crosslinking selama lima menit.
HASIL DAN PEMBAHASAN
13
─────────────────────────────────────────────Vol. VII, No. 1, Mei 2011
Mekanisme proses deasetilasi dilakukan
dengan penambahan NaOH pada
temperatur 124oC selama 90 menit
disertai pengadukan. Dengan kondisi
operasi tersebut diperoleh kitin yang
terkonversi menjadi kitosan sebesar
56%. Sebelumnya telah dilakukan
proses deasetilasi dengan penambahan
NaOH 50% pada suhu 93oC selama 8
jam. Namun proses deasetilasi pada
kondisi tersebut menghasilkan kitosan
yang sangat rendah. Hal ini dibuktikan
dengan pengujian pelarutan dalam
larutan asam asetat dimana pada
konsentrasi asam asetat 2%, 4%, 6%,
dan 8% hasil dari produk proses
deasetilasi tersebut tidak dapat larut.
Silika dan kitosan dilarutkan dalam
larutan asam asetat 6% karena dari hasil
pengujian, kitosan tidak dapat larut
dengan baik pada konsentrasi larutan
asam asetat 2% dan 4%. Hal ini
disebabkan karena asam asetat pada
konsentrasi tersebut tidak dapat
melarutkan kitosan dengan baik pada
derajat deasetilasi sebesar 56%. Selain
itu juga disebabkan karena masih
terdapat kitin yang tidak terkonversi
menjadi kitosan dan tidak dapat larut
dengan asam asetat. Peningkatan
kelarutan kitosan berbanding lurus
dengan peningkatan derajat deasetilasi.
Di Gambar 2 dapat dilihat bahwa
penambahan silika secara keseluruhan
tidak mengurangi nilai DoS kitosan.
Kondisi tersebut tidak sesuai dengan
yang diharapkan dimana penambahan
silika seharusnya dapat mengurangi
derajat pengembangan pada membran.
Hal ini disebabkan karena membran
kitosan yang ada memiliki sifat
hidrofilik yang rendah sehingga akan
lebih banyak menyerap air dan
meningkatkan nilai DoS. Membran
kitosan-silika 0,5% secara keseluruhan
memiliki nilai DoS yang lebih rendah
dibandingkan dengan membran kitosan-
Jurnal Sains dan Teknologi
silika 0,25% sehingga pada proses
pervaporasi
diharapkan
membran
memiliki fluks dan selektivitas yang
lebih tinggi.
Gambar 2 Kurva Pengaruh Konsentrasi
Isopropanol Terhadap DoS Membran
Karakterisasi menggunakan spektrum
infra merah ditujukan untuk mengetahui
gugus fungsi dari bahan baku kitosan
yang akan dijadikan membran. Gugus
fungsi dalam kitosan dapat diketahui
melalui pengukuran FTIR (Fourier
Transform Infra Red) pada nilai
bilangan gelombang kisaran 400 – 4000
cm-1. Analisis ini dilakukan untuk
mengetahui nilai derajat deasetilasi atau
seberapa besar transformasi yang terjadi
dari gugus fungsi asetil pada kitin
menjadi gugus amina (kitosan).
Mekanisme analisis gugus fungsi
dengan FTIR ini dilakukan dengan cara
membandingkan antara serapan pada
panjang gelombang 3423,4 cm-1 dan
1627,8 cm-1. Serapan 3423,4 cm-1
menunjukkan gugus amina yang
merupakan gugus penyusun pada
kitosan sedangkan serapan 1627,8 cm-1
menunjukkan gugus karbonil (C=O)
yang merupakan gugus penyusun pada
14
Iwan Ridwan, Rispiandi ─ Pembuatan Membran Komposit ─────────────────────────
kitin. Gambar 3 adalah grafik hasil
analisis FTIR terhadap kitosan.
Gambar 3 Analisis FTIR Kitosan
Proses deasetilasi menyebabkan gugus
asetil berkurang dan digantikan oleh
gugus amina yang memiliki sifat
hidrofilik atau dapat menyerap air.
Melalui perhitungan dengan metoda
Baseline didapatkan jumlah persentase
transformasi gugus asetil menjadi gugus
amina atau derajat deasetilasi sebesar
56%. Nilai tersebut menunjukkan
persentase jumlah kitin yang terkonversi
menjadi kitosan, sementara sisanya
masih dalam bentuk kitin. Nilai derajat
deasetilasi ini masih rendah dan itu
menunjukkan bahwa kurang lebih 50%
membran kitosan memiliki sifat yang
hidrofilik dan selektif terhadap air,
sementara sisanya masih memiliki sifat
yang hidrofobik atau tidak dapat
berinteraksi dengan air karena masih
terdapat gugus asetil yang tersisa dan
tidak dapat terkonversi menjadi gugus
amina. Besar nilai derajat deasetilasi ini
mempengaruhi proses pelarutan kitosan
dalam asam asetat dan mempengaruhi
nilai selektivitas membran.
Analisis
SEM
dilakukan
untuk
mengetahui karakteristik morfologi atau
sifat
fisik
permukaan
maupun
penampang membran pada ukuran
mikroskopik. Sampel yang digunakan
adalah membran kitosan, membran
Jurnal Sains dan Teknologi
kitosan-silika 0,25%, dan membran
kitosan-silika 0,5%. Gambar 4 adalah
gambar hasil analisis SEM pada
membran.
(a)
(b)
(c)
Gambar 4 Penampang Melintang Membran (a)
kitosan; (b) kitosan-silika 0,25%;(c) kitosansilika 0,5%
Berdasarkan analisis SEM dapat
diketahui bahwa membran kitosan
memiliki permukaan yang tidak rata
karena masih adanya padatan kitosan
yang tidak larut dan tidak tersaring pada
proses
penyaringan.
Namun,
berdasarkan
pengamatan
pada
penampang melintang membran kitosan
memiliki sifat fisik paling rata
dibandingkan membran kitosan-silika.
Membran kitosan melalui analisis SEM
memiliki ketebalan kurang lebih 0,033
mm.
Membran kitosan-silika 0,25% memiliki
permukaan paling rata dibandingkan
membran lainnya. Namun, pada
permukaan membran tersebut masih
terlihat adanya padatan kitosan yang
15
─────────────────────────────────────────────Vol. VII, No. 1, Mei 2011
tidak larut karena penyaringan yang
tidak sempurna. Selain itu, berdasarkan
pengamatan pada penampang samping
membran ini memiliki rekahan.
Rekahan tersebut disebabkan karena
adanya agregat silika pada membran
yang tidak terdispersi dengan baik.
Ketebalan yang diperoleh berdasarkan
analisis SEM adalah 0,023 mm.
Membran kitosan-silika 0,5% memiliki
permukaan yang tidak rata dan terdapat
lebih banyak rekahan dibandingkan
membran kitosan-silika 0,25%. Hal ini
disebabkan karena penambahan silika
yang lebih banyak pada membran
kitosan-silika
0,5%
sehingga
menyebabkan agregat silika yang
terdapat pada membran tersebut
menjadi lebih banyak pula. Membran
kitosan-silika 0,5% memiliki ketebalan
berdasarkan analisis SEM sebesar 0,036
mm.
Berdasarkan
pengamatan
pada
penampang melintang membran, ketiga
membran bersifat rapat (dense) dan
tidak berpori. Oleh karena itu, ketiga
membran tersebut dapat diaplikasikan
pada proses pervaporasi. Hal ini sesuai
dengan karakteristik membran pada
proses pervaporasi dimana membran
yang digunakan merupakan membran
yang tidak berpori. Jika membran yang
digunakan memiliki pori, hal ini akan
menyebabkan selektivitas membran
terhadap air akan sangat rendah
sehingga isopropanol akan lolos
melewati membran dan tidak akan
terjadi pemisahan antara isopropanol
dan air.
KESIMPULAN
Proses transformasi kitin menjadi
kitosan dilakukan pada temperatur
124°C dengan waktu proses 90 menit
dan menghasilkan derajat deasetilasi
sebesar 56%. Nilai derajat deasetilasi ini
Jurnal Sains dan Teknologi
relatif rendah dan mempengaruhi
kinerja
membran
dalam
proses
pervaporasi.
Membran kitosan memiliki karakteristik
antara lain permukaan yang rapat
(dense), memiliki sifat hidrofilik yang
rendah karena derajat deasetilasinya
yang relatif rendah, dan memiliki DoS
yang lebih kecil dibandingkan membran
kitosan-silika.
Membran kitosan-silika 0,25% dan
0,5% memiliki karakteristik diantaranya
memiliki struktur membran yang rapat
(dense) namun terdapat rekahan,
memiliki sifat hidrofilik yang rendah,
dan DoS yang lebih tinggi dibandingkan
membran kitosan. Pada analisis DoS,
membran kitosan-silika 0,5% memiliki
nilai DoS
yang
lebih
rendah
dibandingkan membran kitosan-silika
0,25%.
Penambahan silika pada membran dapat
meningkatkan sifat hidrofilik membran,
namun tidak dapat meningkatkan
selektivitas membran.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima
kasih
kepada
Bapak
Haryadi,Ph.D, Dodi Rosyadi dan Fajar
Ismail
yang
sudah
membantu
penyelesaian penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Amalia, Bunga dan Pipih Siti Hanipah.
2007. Pengaruh Suhu dan Waktu
Deasetilasi dalam Pembuatan
Khitosan sebagai Pengawet, Tugas
Akhir. Politeknik Negeri Bandung
Huang, R. Y. M. & Feng, X. 1997.
Liquid Separation by Membrane
Pervaporation:
a
Review.
American
Chemical
Society.
36:1048-1066.
16
Iwan Ridwan, Rispiandi ─ Pembuatan Membran Komposit ─────────────────────────
Huang, Z, dkk.
2006. Multilayer
poly(vinyl
alcohol)-zeolite
4A
composite membranes for ethanol
dehydration
by
means
of
pervaporation. J. Separation and
Purification , 85 (11), 1-11.
Mulder, Marcel. 1996. Basic Principles
of
Membrane
Technology.
Netherland: Kluwer Academic
Publishers
Praptowidodo, Veronica S. Susilowati.
1999. Dasar-Dasar Teknologi
Membran. Bandung : Jurusan
Teknik Kimia Institut Teknologi
Bandung
Saim, Nursharina dan Hashim Hassan.
2008.
Preparation
of
Pervaporation Membrane Using AType Zeolite Filled Chitosan
Membrane for The Separation of
Isopropanol /Water Mixtures. Johor
: Universiti Teknologi Malaysia
Jurnal Sains dan Teknologi
17
DARI KITIN – SEKAM PADI UNTUK
PROSES PERVAPORASI
Iwan Ridwan, Rispiandi
Teknik Kimia – Politeknik Negeri Bandung
Jl. Gegerkalong Hilir – Ds Ciwaruga, Bandung 40012
Telp/fax : (022) 2016 403
E-mail : ridwantk@gmail.com
rispiandi@gmail.com
Abstrak
Pervaporasi merupakan proses pemisahan yang menggunakan membran rapat. Membran ini
dapat memisahkan campuran bahan organik azeotrop yang mempunyai titik didih hampir sama
pada tekanan atmosfir. Pemisahan pada proses ini didasarkan pada kelarutan umpan terhadap
membran bukan berdasarkan ukuran molekul umpan. Pada proses pervaporasi untuk dehidrasi
isopropanol-air, membran yang digunakan adalah membran komposit kitosan-silika yang
memiliki sifat hidrofilik, tidak larut oleh isopropanol, memiliki fluks yang baik namun
selektivitas yang rendah, serta tahan pada operasi bertekanan. Kitosan sebagai bahan baku
utama membran merupakan turunan kitin melalui proses deasetilasi. Derajat deasetilasi kitin
sebesar 56% diperoleh berdasarkan perhitungan melalui analisis FTIR. Penambahan silika
dilakukan untuk meningkatkan kinerja membran sehingga memiliki nilai fluks dan selektivitas
yang baik. Dari hasil analisis DoS terlihat bahwa semakin tinggi konsentrasi isopropanol maka
DoS membran akan semakin kecil. Namun, penambahan silika pada membran komposit
kitosan-silika tidak mampu menurunkan DoS membran. Dengan menggunakan analisis SEM
terlihat bahwa membran memiliki kerapatan yang baik (dense) walaupun memiliki rekahan
yang disebabkan adanya agregat silika atau kitosan yang tidak larut.
Kata kunci : membran, komposit, kitosan-silika
dilakukan dengan teknik pervaporasi
karena lebih efektif, lebih hemat energi
dan ramah lingkungan dibandingkan
dengan cara konvensional.
PENDAHULUAN
Pemisahan alkohol dengan distilasi
konvensional tidak dapat menghasilkan
alkohol dengan kemurnian yang tinggi
karena memiliki keterbatasan terutama
pada kondisi azeotrop. Sedangkan
pemisahan
dengan
menggunakan
pelarut yang selektif terhadap salah satu
komponen pada proses distilasi
membutuhkan biaya besar. Untuk
mengantisipasi permasalahan tersebut
maka perlu dilakukan suatu cara
alternatif untuk mendapatkan alkohol
murni
dengan
biaya
seminimal
mungkin. Dengan berkembangnya
teknologi membran, pemisahan larutan
yang memiliki kondisi azeotrop dapat
Isopropanol yang biasanya dihasilkan
adalah isopropanol dengan kandungan
95%-v dalam larutan. Sebagai aditif
bahan bakar, kemurniannya harus
mencapai minimal 99,85%-v. Salah satu
cara untuk mendehidrasi isopropanol
95%-v menjadi 99,85%-v adalah
dengan cara pervaporasi menggunakan
membran komposit kitosan-silika. Pada
penelitian ini, diharapkan dapat
meningkatkan penggunaan silika dari
sekam padi yang digunakan sebagai
12
Iwan Ridwan, Rispiandi ─ Pembuatan Membran Komposit ─────────────────────────
bahan komposit membran untuk
meningkatkan kemampuan membran
dalam memisahkan campuran rantai
alkohol dengan air sehingga di dapatkan
alkohol yang murni. Penambahan zeolit
sebagai komposit pada membran
diharapkan
mampu
meningkatkan
kinerja
membran
antara
lain
menurunkan derajat pengembangan
(DoS), meningkatkan nilai selektivitas
membran tanpa menurunkan fluks total,
serta menurunkan energi aktivasi.
dari sekam padi kemudian digunakan
pada pembuatan membran komposit
kitosan-silika.
NaOH
Kitin
Asam
Asetat
Kitosan
Silika
(SiO2)
Larutan
Membran
Membran
Komposit
Gambar 1 Proses Pembuatan Membran
Komposit
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian
ini
dilakukan
di
Laboratorium Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Bandung. Peralatan
yang digunakan pada proses pembuatan
membran komposit antara lain reaktor
leher tiga, plat kaca, motor pengaduk,
batang pengaduk, penangas white oil,
sel membran, refraktometer, pompa
peristaltik, dan pompa vakum. Bahan
yang digunakan dalam pembuatan
membran
komposit
kitosan-silika
adalah kitin, NaOH, asam asetat, sekam
padi, air aquadest, isopropanol dan
asam sulfat.
Secara garis besar pembuatan membran
komposit kitosan-silika dapat dilihat di
Gambar 1.
Kitin yang telah dipotong dicampurkan
dengan NaOH 60% di dalam reaktor
dengan perbandingan 1 : 20 b/v.
Kondisi proses deasetilasi dijaga pada
temperatur 124°C selama 90 menit
dengan pengadukan.
Silika diperoleh dari sekam padi yang
telah kering kemudian dipanaskan
hingga menjadi arang (berwarna abuabu) pada tungku terbuka. Arang sekam
padi diabukan di dalam furnace. Abu
sekam
padi
kemudian
diayak
menggunakan alat pengayak sehingga
diperoleh silika. Silika yang diperoleh
Jurnal Sains dan Teknologi
Pada pembuatan membran, kitosan yang
diperoleh dari transformasi kitin
dilarutkan di dalam larutan asam asetat
6% dengan perbandingan 3,5 : 100 b/v.
Larutan tersebut kemudian diaduk
hingga
homogen.
Selanjutnya
ditambahkan silika dengan variasi
konsentrasi 0,25% dan 0,5% b/v
kemudian diaduk hingga homogen.
Larutan tersebut dibuat menjadi
membran dengan metoda casting, yaitu
dengan menuangkan larutan di atas plat
kaca kemudian diratakan dengan
ketebalan membran sesuai dengan yang
diinginkan. Hasil casting kemudian
dikeringkan di dalam tempat tertutup
agar terhindar dari debu selama tiga hari
pada temperatur ruang. Setelah kering
maka terbentuk membran pada plat kaca
tersebut. Membran yang dihasilkan
direndam di dalam larutan yang terdiri
dari 3% NaOH, 47% etanol, dan 50%
air aquadest
untuk
menetralkan
membran dan memudahkan pada saat
melepaskan membran dari plat kaca.
Selanjutnya membran direndam di
dalam larutan H2SO4 1 M untuk proses
crosslinking selama lima menit.
HASIL DAN PEMBAHASAN
13
─────────────────────────────────────────────Vol. VII, No. 1, Mei 2011
Mekanisme proses deasetilasi dilakukan
dengan penambahan NaOH pada
temperatur 124oC selama 90 menit
disertai pengadukan. Dengan kondisi
operasi tersebut diperoleh kitin yang
terkonversi menjadi kitosan sebesar
56%. Sebelumnya telah dilakukan
proses deasetilasi dengan penambahan
NaOH 50% pada suhu 93oC selama 8
jam. Namun proses deasetilasi pada
kondisi tersebut menghasilkan kitosan
yang sangat rendah. Hal ini dibuktikan
dengan pengujian pelarutan dalam
larutan asam asetat dimana pada
konsentrasi asam asetat 2%, 4%, 6%,
dan 8% hasil dari produk proses
deasetilasi tersebut tidak dapat larut.
Silika dan kitosan dilarutkan dalam
larutan asam asetat 6% karena dari hasil
pengujian, kitosan tidak dapat larut
dengan baik pada konsentrasi larutan
asam asetat 2% dan 4%. Hal ini
disebabkan karena asam asetat pada
konsentrasi tersebut tidak dapat
melarutkan kitosan dengan baik pada
derajat deasetilasi sebesar 56%. Selain
itu juga disebabkan karena masih
terdapat kitin yang tidak terkonversi
menjadi kitosan dan tidak dapat larut
dengan asam asetat. Peningkatan
kelarutan kitosan berbanding lurus
dengan peningkatan derajat deasetilasi.
Di Gambar 2 dapat dilihat bahwa
penambahan silika secara keseluruhan
tidak mengurangi nilai DoS kitosan.
Kondisi tersebut tidak sesuai dengan
yang diharapkan dimana penambahan
silika seharusnya dapat mengurangi
derajat pengembangan pada membran.
Hal ini disebabkan karena membran
kitosan yang ada memiliki sifat
hidrofilik yang rendah sehingga akan
lebih banyak menyerap air dan
meningkatkan nilai DoS. Membran
kitosan-silika 0,5% secara keseluruhan
memiliki nilai DoS yang lebih rendah
dibandingkan dengan membran kitosan-
Jurnal Sains dan Teknologi
silika 0,25% sehingga pada proses
pervaporasi
diharapkan
membran
memiliki fluks dan selektivitas yang
lebih tinggi.
Gambar 2 Kurva Pengaruh Konsentrasi
Isopropanol Terhadap DoS Membran
Karakterisasi menggunakan spektrum
infra merah ditujukan untuk mengetahui
gugus fungsi dari bahan baku kitosan
yang akan dijadikan membran. Gugus
fungsi dalam kitosan dapat diketahui
melalui pengukuran FTIR (Fourier
Transform Infra Red) pada nilai
bilangan gelombang kisaran 400 – 4000
cm-1. Analisis ini dilakukan untuk
mengetahui nilai derajat deasetilasi atau
seberapa besar transformasi yang terjadi
dari gugus fungsi asetil pada kitin
menjadi gugus amina (kitosan).
Mekanisme analisis gugus fungsi
dengan FTIR ini dilakukan dengan cara
membandingkan antara serapan pada
panjang gelombang 3423,4 cm-1 dan
1627,8 cm-1. Serapan 3423,4 cm-1
menunjukkan gugus amina yang
merupakan gugus penyusun pada
kitosan sedangkan serapan 1627,8 cm-1
menunjukkan gugus karbonil (C=O)
yang merupakan gugus penyusun pada
14
Iwan Ridwan, Rispiandi ─ Pembuatan Membran Komposit ─────────────────────────
kitin. Gambar 3 adalah grafik hasil
analisis FTIR terhadap kitosan.
Gambar 3 Analisis FTIR Kitosan
Proses deasetilasi menyebabkan gugus
asetil berkurang dan digantikan oleh
gugus amina yang memiliki sifat
hidrofilik atau dapat menyerap air.
Melalui perhitungan dengan metoda
Baseline didapatkan jumlah persentase
transformasi gugus asetil menjadi gugus
amina atau derajat deasetilasi sebesar
56%. Nilai tersebut menunjukkan
persentase jumlah kitin yang terkonversi
menjadi kitosan, sementara sisanya
masih dalam bentuk kitin. Nilai derajat
deasetilasi ini masih rendah dan itu
menunjukkan bahwa kurang lebih 50%
membran kitosan memiliki sifat yang
hidrofilik dan selektif terhadap air,
sementara sisanya masih memiliki sifat
yang hidrofobik atau tidak dapat
berinteraksi dengan air karena masih
terdapat gugus asetil yang tersisa dan
tidak dapat terkonversi menjadi gugus
amina. Besar nilai derajat deasetilasi ini
mempengaruhi proses pelarutan kitosan
dalam asam asetat dan mempengaruhi
nilai selektivitas membran.
Analisis
SEM
dilakukan
untuk
mengetahui karakteristik morfologi atau
sifat
fisik
permukaan
maupun
penampang membran pada ukuran
mikroskopik. Sampel yang digunakan
adalah membran kitosan, membran
Jurnal Sains dan Teknologi
kitosan-silika 0,25%, dan membran
kitosan-silika 0,5%. Gambar 4 adalah
gambar hasil analisis SEM pada
membran.
(a)
(b)
(c)
Gambar 4 Penampang Melintang Membran (a)
kitosan; (b) kitosan-silika 0,25%;(c) kitosansilika 0,5%
Berdasarkan analisis SEM dapat
diketahui bahwa membran kitosan
memiliki permukaan yang tidak rata
karena masih adanya padatan kitosan
yang tidak larut dan tidak tersaring pada
proses
penyaringan.
Namun,
berdasarkan
pengamatan
pada
penampang melintang membran kitosan
memiliki sifat fisik paling rata
dibandingkan membran kitosan-silika.
Membran kitosan melalui analisis SEM
memiliki ketebalan kurang lebih 0,033
mm.
Membran kitosan-silika 0,25% memiliki
permukaan paling rata dibandingkan
membran lainnya. Namun, pada
permukaan membran tersebut masih
terlihat adanya padatan kitosan yang
15
─────────────────────────────────────────────Vol. VII, No. 1, Mei 2011
tidak larut karena penyaringan yang
tidak sempurna. Selain itu, berdasarkan
pengamatan pada penampang samping
membran ini memiliki rekahan.
Rekahan tersebut disebabkan karena
adanya agregat silika pada membran
yang tidak terdispersi dengan baik.
Ketebalan yang diperoleh berdasarkan
analisis SEM adalah 0,023 mm.
Membran kitosan-silika 0,5% memiliki
permukaan yang tidak rata dan terdapat
lebih banyak rekahan dibandingkan
membran kitosan-silika 0,25%. Hal ini
disebabkan karena penambahan silika
yang lebih banyak pada membran
kitosan-silika
0,5%
sehingga
menyebabkan agregat silika yang
terdapat pada membran tersebut
menjadi lebih banyak pula. Membran
kitosan-silika 0,5% memiliki ketebalan
berdasarkan analisis SEM sebesar 0,036
mm.
Berdasarkan
pengamatan
pada
penampang melintang membran, ketiga
membran bersifat rapat (dense) dan
tidak berpori. Oleh karena itu, ketiga
membran tersebut dapat diaplikasikan
pada proses pervaporasi. Hal ini sesuai
dengan karakteristik membran pada
proses pervaporasi dimana membran
yang digunakan merupakan membran
yang tidak berpori. Jika membran yang
digunakan memiliki pori, hal ini akan
menyebabkan selektivitas membran
terhadap air akan sangat rendah
sehingga isopropanol akan lolos
melewati membran dan tidak akan
terjadi pemisahan antara isopropanol
dan air.
KESIMPULAN
Proses transformasi kitin menjadi
kitosan dilakukan pada temperatur
124°C dengan waktu proses 90 menit
dan menghasilkan derajat deasetilasi
sebesar 56%. Nilai derajat deasetilasi ini
Jurnal Sains dan Teknologi
relatif rendah dan mempengaruhi
kinerja
membran
dalam
proses
pervaporasi.
Membran kitosan memiliki karakteristik
antara lain permukaan yang rapat
(dense), memiliki sifat hidrofilik yang
rendah karena derajat deasetilasinya
yang relatif rendah, dan memiliki DoS
yang lebih kecil dibandingkan membran
kitosan-silika.
Membran kitosan-silika 0,25% dan
0,5% memiliki karakteristik diantaranya
memiliki struktur membran yang rapat
(dense) namun terdapat rekahan,
memiliki sifat hidrofilik yang rendah,
dan DoS yang lebih tinggi dibandingkan
membran kitosan. Pada analisis DoS,
membran kitosan-silika 0,5% memiliki
nilai DoS
yang
lebih
rendah
dibandingkan membran kitosan-silika
0,25%.
Penambahan silika pada membran dapat
meningkatkan sifat hidrofilik membran,
namun tidak dapat meningkatkan
selektivitas membran.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terima
kasih
kepada
Bapak
Haryadi,Ph.D, Dodi Rosyadi dan Fajar
Ismail
yang
sudah
membantu
penyelesaian penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Amalia, Bunga dan Pipih Siti Hanipah.
2007. Pengaruh Suhu dan Waktu
Deasetilasi dalam Pembuatan
Khitosan sebagai Pengawet, Tugas
Akhir. Politeknik Negeri Bandung
Huang, R. Y. M. & Feng, X. 1997.
Liquid Separation by Membrane
Pervaporation:
a
Review.
American
Chemical
Society.
36:1048-1066.
16
Iwan Ridwan, Rispiandi ─ Pembuatan Membran Komposit ─────────────────────────
Huang, Z, dkk.
2006. Multilayer
poly(vinyl
alcohol)-zeolite
4A
composite membranes for ethanol
dehydration
by
means
of
pervaporation. J. Separation and
Purification , 85 (11), 1-11.
Mulder, Marcel. 1996. Basic Principles
of
Membrane
Technology.
Netherland: Kluwer Academic
Publishers
Praptowidodo, Veronica S. Susilowati.
1999. Dasar-Dasar Teknologi
Membran. Bandung : Jurusan
Teknik Kimia Institut Teknologi
Bandung
Saim, Nursharina dan Hashim Hassan.
2008.
Preparation
of
Pervaporation Membrane Using AType Zeolite Filled Chitosan
Membrane for The Separation of
Isopropanol /Water Mixtures. Johor
: Universiti Teknologi Malaysia
Jurnal Sains dan Teknologi
17