karakterisasi membran

8/13/2019 karakterisasi membran

1/15

2 Tinjauan Pustaka2.1 Definisi MembranMembran dapat didefinisikan sebagai suatu lapisan tipis yang dapat memisahkan dua fasa

karena adanya gaya dorong berupa perbedaan tekanan, temperatur, konsentrasi atau potensial

listrik. Membran yang bersifat semipermeabel hanya dapat melewatkan suatu spesi kimia

tertentu sedangkan spesi kimia lainnya akan tertahan. Fenomena ini dapat terjadi akibat

adanya perbedaan sifat kimia atau fisika antara membran dan larutan, seperti perbedaanukuran. Spesi yang dapat melewati membran adalah spesi yang memiliki ukuran lebih kecil

dari ukuran pori membran sedangkan spesi yang memiliki ukuran lebih besar tentunya akan

tertahan.

Ada dua jenis larutan dalam proses pemisahan menggunakan membran. Larutan pertama

disebut sebagai permeat. Larutan ini merupakan larutan yang hendak dipisahkan. Larutan ini

dinamakan permeat karena larutan ini dipermeasikan melalui membran. Larutan kedua

disebut sebagai konsentrat. Larutan ini mengandung sejumlah kontaminan dalam konsentrasi

tertentu yang ditolak oleh membran.

2.2 Sejarah dan Perkembangan MembranPenelitian mengenai membran telah dilakukan sejak abad ke-18. Membran pertama kali

dibuat oleh Nollet pada tahun 1748 [Mulder, 1996]. Membran tersebut digunakan untukmenjelaskan permeasi air melewati diafragma melalui proses osmosis. Penelitian lainnya

larutan umpan permeat

membranfasa 1 fasa 2

a a doron

Gambar 2.1Mekanisme pemisahan pada membran [Mulder, 1996]


2/15

5

dilakukan oleh Reuss pada tahun 1803 dan Porret pada tahun 1816 untuk mempelajari

fenomena elektroosmosis. Pada tahun 1861, Graham juga menggunakan membran untuk

mempelajari fenomena dialisis. Penelitian-penelitian ini terus berlangsung hingga tahun

1965. Penelitian-penelitian ini memberikan banyak informasi mengenai membran di

antaranya mengenai tekanan osmosis, transpor elektrolit, potensial membran, kesetimbangan

dalam membran, termodinamika membran, pori membran dan difusi larutan dalam membran

[Mulder, 1996].

Selanjutnya, pada tahun 1920 membran mulai dibuat untuk keperluan komersial. Saat itu,

membran dibuat oleh Sartorius di Jerman untuk menyaring bakteri (filtrasi mikro) [Mulder,

1996]. Membran-membran ini digunakan untuk penyulingan air laut, daur ulang hidrogen

dan dehidrasi pelarut organik.

Pembuatan membran asimetris menjadi suatu terobosan baru dalam teknologi membran.

Membran asimetris pertama kali dibuat oleh Loeb-Soerirajan [Mulder, 1996]. Membran ini

memiliki lapisan atas yang sangat tipis (ketebalan < 0,5 m) dan sangat rapat dengan

didukung oleh lapisan berpori (ketebalan 50-200 m). Membran asimetris lain dibuat oleh

Henis dan Triposi untuk keperluan industri pemisahan gas [Mulder, 1996].

Saat ini, teknologi membran sedang mengalami perkembangan yang cukup signifikan.

Membran telah tersedia dalam berbagai bentuk, konfigurasi dan ukuran sehingga dapat

disesuaikan dengan kebutuhan. Membran digunakan untuk berbagai kebutuhan masyarakat

dan industri seperti pengolahan air minum, penyulingan air laut, pengolahan limbah, industri

kertas, industri farmasi, pertanian, pembangkit energi, semikonduktor dan lain-lain.

Penggunaan membran dalam teknik pemisahan memiliki banyak keuntungan, di antaranya

adalah:

1. Tidak memerlukan perlakuan awal terhadap sampel2. Tidak menyebabkan kerusakan pada komponen yang akan dipisahkan3. Dapat dilakukan pada temperatur ruang sehingga tidak membutuhkan banyak energi4. Tidak menyebabkan kerusakan sampel5. Bersifat sangat spesifik karena sifat membran yang bervariasi6. Teknologi membran merupakan teknologi yang bersih karena tidak menyebabkan

polusi


3/15

6

2.3 Klasifikasi membran2.3.1 Berdasarkan BahanBerdasarkan bahan, membran dibagi menjadi dua jenis yaitu membran alami (biologis) dan

membran sintetis. Membran alami terdapat dalam sel organisme. Dalam sel eukariot,

membran ini menjadi pemisah antara ruangan-ruangan di dalam sel. Sementara itu, dalam sel

prokariot hanya terdapat satu ruangan saja sehingga membran digunakan sebagai pembatas

antara nukleoid (bagian di dalam sel) dengan bagian di luar sel. Membran sintetis biasanya

dibuat untuk keperluan komersial. Membran ini terdiri dari dua jenis yaitu membran organik

dan membran anorganik.

Membran organik terbuat dari bahan polimer (contohnya polisulfon, selulosa asetat dan lain-

lain) sedangkan membran anorganik terbuat dari keramik, logam dan karbon. Selain itu,

banyak hal lain yang menjadi perbedaan antara membran organik dan membran anorganik.

Membran organik lebih murah daripada membran anorganik. Namun, membran anorganik

memiliki kestabilan dan kekuatan yang lebih tinggi daripada membran organik. Membran

organik tidak dapat dipergunakan pada temperatur di atas 500 oC sedangkan membran

anorganik seperti keramik dapat dipergunakan sampai suhu 2000 oC. Hal ini menyebabkan

membran anorganik lebih banyak digunakan pada suhu tinggi.

2.3.2 Berdasarkan StrukturBerdasarkan struktur, membran dibagi menjadi dua jenis yaitu membran simetris dan

asimetris. Struktur membran menentukan mekanisme pemisahan dan aplikasi membran.

Membran simetris (berpori atau tidak berpori) hanya terdiri dari satu lapisan membran

dengan ketebalan antara 10-200 m. Laju permeasi pada membran simetris ini akan semakin

besar jika membran semakin tipis. Membran simetris dibagi ke dalam tiga jenis, yaitumembran berpori silindris, berpori dan tidak berpori. Membran asimetris terdiri dari dua

lapisan. Lapisan bagian atas merupakan lapisan yang sangat rapat dengan ketebalan antara

0,1-0,5 m sedangkan lapisan kedua merupakan lapisan berpori dengan ketebalan antara 50-

150 m. Kombinasi sifat kedua lapisan ini menghasilkan membran dengan selektivitas dan

laju permeasi yang tinggi. Membran asimetris dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu membran

berpori, berpori dengan lapisan rapat pada permukaan dan membran komposit [Mulder,

1996].


4/15

7

2.3.3 Berdasarkan Ukuran PoriBerdasarkan ukuran pori, membran dikelompokkan sebagai membran filtrasi mikro, filtrasi

nano, filtrasi ultra dan osmosis balik. Membran filtrasi mikro memiliki ukuran pori 0,2 m.

Membran ini digunakan untuk menyaring partikel berukuran mikro dan organisme mikro

yang berbahaya dalam air minum. Membran filtrasi nano memiliki ukuran pori 0,001 m.

Membran ini digunakan dalam proses desalinasi, pemisahan polutan berukuran mikro,

pengolahan limbah dan pemisahan zat warna dalam industri tekstil. Membran filtrasi ultra

memiliki ukuran pori antara 0,0050,1 m. Membran ini dapat digunakan untuk menyaring

partikel yang memiliki massa molekul tinggi, koloid, virus dan protein. Membran osmosis

balik memiliki ukuran pori kurang dari 0,001 m. Membran ini digunakan untuk desalinasi

air laut dan produksi air sangat murni untuk aplikasi industri elektronik.

2.4 Bahan Pembuat Membran2.4.1 Zeolita. Definisi ZeolitZeolit adalah suatu mineral aluminosilikat hidrat. Zeolit ini biasanya diperoleh dalam batuan

sebagai agregat rapat polikristalin. Zeolit termasuk ke dalam golongan mineral tektosilikat.

Struktur zeolit terbentuk dari jaringan tiga dimensi SiO4dan AlO4tetrahedral. Ion aluminium

dan ion silikon masing-masing berada di tengah tetrahedron yang terbentuk dari 4 atom

oksigen. Kemudian, tetrahedron ini bergabung satu sama lain dengan cara berbagi atom-

atom oksigen yang terletak di bagian ujung tetrahedron.

Ion aluminium memiliki ukuran yang cukup kecil sehingga lebih mudah menempati posisi di

tengah tetrahedron. Penggantian tempat ion Si4+

oleh ion Al3+

secara isomorf menyebabkankisi kristal menjadi bermuatan negatif. Kation-kation kemudian masuk ke dalam rongga

Gambar 2.2Struktur zeolit a) Struktur kristal AlO4; b) Struktur kristal SiO4

a) b)


5/15

8

zeolit untuk menyeimbangkan muatan pada zeolit. Kation-kation yang mengisi pori zeolit

merupakan kation-kation golongan alkali dan alkali tanah, seperti Na+, K+atau Ca2+. Kation

ini bersifat dapat dipertukarkan dengan kation lain yang berada dalam suatu larutan, seperti

Pb2+, Cd2+, Zn2+dan Mn2+.

Zeolit memiliki rumus umum :

Mx/n [(AlO2)x(SiO2)y] w H2O

dengan m merupakan kation bervalensi n yang terdapat dalam zeolit, w menunjukkan jumlah

molekul air dan rasio y/x bernilai antara 1-5, bergantung pada struktur zeolit. Jumlah (x+y)

adalah total dari jumlah tetrahedra yang ada dalam satu unit sel. Bagian [(AlO2)x (SiO2)y]

menunjukkan komposisi dalam jaringan zeolit.

b.

Sejarah dan Perkembangan Zeolit

Zeolit alam yang pertama kali ditemukan adalah Stilbit. Zeolit ini ditemukan oleh Cronstedt

pada tahun 1756 [Breck, 1974]. Saat itu, zeolit dikenal sebagai mineral baru yang

mengandung aluminosilikat hidrat dan kation unsur logam alkali dan alkali tanah. Mineral

ini kemudian disebut dengan zeolit. Kata zeolit ini berasal dari dua kata dalam bahasa

Yunani yang memiliki arti mendidihkan dan batu. Zeolit alam tersebar di permukaan bumi

sehingga relatif mudah untuk diperoleh. Sampai saat ini, telah ditemukan sekitar 50 jenis

zeolit alam. Banyak orang tertarik untuk mempelajari sifat fisik dan kimia zeolit. Sampai

saat ini, sifat fisik dan kimia zeolit masih terus dipelajari untuk keperluan pengembangan

teknologi dalam berbagai bidang.

Selain ditemukan di alam, zeolit juga telah disintesis untuk keperluan komersial. Zeolit alam

memiliki kekurangan, seperti komposisi yang kurang seragam dan kemurnian yang tidak

terlalu tinggi. Dewasa ini, telah dibuat sekitar 100 jenis zeolit sintesis. Zeolit sintesis ini

memiliki komposisi yang lebih seragam dan kemurnian yang tinggi sehingga lebih cocok

digunakan untuk kepentingan industri dan penelitian.

c. Sifat dan Klasifikasi zeolitZeolit merupakan padatan kristalin yang tidak berwarna. Partikel kristal zeolit berukuran 1-

10 m, dengan diameter rata-rata 1,39 m. Zeolit memiliki densitas yang rendah yang

berkisar antara 1,9-2,3 g/cm2. Densitas ini bergantung pada keterbukaan struktur zeolit dan

jenis kation yang berada dalam pori zeolit. Sifat-sifat yang berhubungan dengan struktur,

yaitu derajat hidrasi yang tinggi, densitas yang rendah dan volum yang besar ketika

terdehidrasi, stabilitas struktur kristal zeolit ketika terdehidrasi, sifat penukar ion, ruang


6/15

9

molekul yang seragam dalam kristal terdehidrasi, sifat konduktivitas listrik, adsorpsi gas dan

uap dan sifat katalitik [Breck, 1974].

Berdasarkan strukturnya, zeolit diklasifikasikan ke dalam tujuh golongan. Setiap golongan

memiliki subunit struktur dengan tetrahedral AlO4dan SiO4yang spesifik. Subunit-subunitini disebut dengan secondary building unit(SBU) [Breck, 1974].

Tabel 2.1Penggolongan Zeolit [Breck, 1974]

Golongan Secondary Building Unit(SBU) Tipe zeolit

1 Tunggal, cincin-4, S4R Analcime, Wairakite, ViseitedanKehoite, Harmotomedan Philipsite,Gismondine, Zeolit P, Garronite,Paulingite, Laumontite, Yugawaralite.

2 Tunggal, cincin-6, S6R Erionite, Offretite, Zeolit T,Levyniye,Omega, Zeolit HS,Losod.

3 Ganda, cincin-4, D4R Zeolit A, Zeolit N-A, Zeolit ZK-4,

4 Ganda, cincin-6, D6R Faujasite, Chabazite, Herschelite,Gmelinite, Zeolit ZK-5, Zeolit L,Zeolit P-L, Zeolit Ba-G

5 Kompleks 4-1, unit T5O10 Natrolite, Scolecite, Mesolite,

Thomsonite, Gonnardite, Edingtonite.

6 Kompleks 5-1, unit T8O16 Mordenite, Dachiardite, Ferrierite,Epistilbite, Bikitaite.

7 Kompleks 4-4-1, unit T10O20 Heulandite, Clipnotilolite, Stilbite,Stellerite, Brewsterite.

d. Fungsi ZeolitSejak ditemukan dua abad yang lalu, telah banyak penelitian yang dilakukan untuk

mengetahui fungsi dan kegunaan zeolit. Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan

tersebut, zeolit diketahui memiliki fungsi sebagai katalis, penukar ion, adsorben dan saringan

molekul.

1. Zeolit sebagai katalisSetiap tipe zeolit memiliki ukuran pori yang spesifik karena perbedaan komposisi. Ini

menyebabkan zeolit bisa digunakan sebagai katalis yang bekerja selektif berdasarkan ukuran

pereaksi atau zat antara.


7/15

10

2. Zeolit sebagai penukar ionFenomena pertukaran ion dalam zeolit diakibatkan oleh adanya gugus silikat hidrat [Breck,

1974]. Aktivitas pertukaran ion ini bersifat reversibel. Pori-pori zeolit terisi dengan kation-

kation golongan alkali dan alkali tanah untuk menstabilkan muatan zeolit yang negatif.

Kation-kation ini dapat terelusi ketika zeolit dialiri dengan larutan mengandung kation-

kation lain. Saat inilah, terjadi pengisian pori-pori zeolit oleh kation-kation dari larutan.

3. Zeolit sebagai adsorbenZeolit memiliki porositas ultra sehingga digunakan sebagai adsorben untuk pemisahan gas

dan campuran uap. Zeolit merupakan adsorben dengan kapasitas tinggi karena zeolit

memisahkan molekul berdasarkan ukuran dan geometri struktur zeolit serta ukuran molekul

yang akan diserap. Selain itu, zeolit memiliki sifat yang tidak dimiliki oleh adsorben lain

yaitu dapat menyerap molekul tertentu yang memiliki momen dipol permanen dan antaraksi

yang selektif.

4. Zeolit sebagai saringan molekulZeolit sebagai saringan molekul hanya dapat meloloskan molekul dengan ukuran yang lebih

kecil daripada ukuran pori zeolit [Breck, 1974]. Kemampuan zeolit sebagai saringan molekul

ini dapat dijadikan dasar bagi pembuatan membran zeolit.

e. Silicalite-1

Silicalite-1merupakan salah satu jenis zeolit. Silicalite-1pertama kali diperkenalkan oleh F.Lanigen et al sebagai senyawa polimorf silika baru [Alipcilar, 2000]. Silicalite-1 ini

termasuk ke dalam tipe zeolit MFI. Tipe MFI (Mobile Five) adalah tipe zeolit yang memiliki

struktur yang dibangun oleh 5-1 secondary building units (SBU) dengan nomor unit TO4

terkecil, dengan T adalah Si atau Al [Tosheva, 1999].

Struktur silicalite-1 hanya terdiri dari silika murni. Oleh karena itu, silicalite-1 memiliki

jaringan yang bermuatan netral dan memiliki rasio Si/Al yang tinggi (tidak terbatas). Dengan

muatan yang netral, silicalite-1tidak berfungsi sebagai penukar ion namun dapat berfungsi

sebagai saringan molekul. Contoh zeolit lain yang juga dapat berfungsi sebagai saringan

molekul adalah ZSM-11.

Silicalite-1 memiliki kemiripan struktur dengan zeolit ZSM-5 sehingga silicalite-1 sering

juga disebut sebagai ZSM-5 yang bebas alumunium. Silicalite-1memiliki dua sistem saluran

yang berbeda yaitu saluran berkelok-kelok di sepanjang sumbu x dan saluran lurus di

sepanjang sumbu y. Saluran yang lurus memiliki ukuran 0,53 nm x 0,56 nm sedangkan

saluran berkelok-kelok memiliki ukuran 0,51 nm x 0,55 nm [Krishna, 2001].


8/15

Gambar2001]

Secara ko

terhadap la

cara menc

organik. L

antara 10

temperatur

bervariasi

dengan me

dengan me

2.4.2 BBentonit

tempat be

[Sutandi, 1

proses hid

zaman pur

memiliki b

kuning.

mineral di

bentonit a

Bentonit

termasuk

.3 Silicalit

vensional,

rutan alumi

mpurkan la

arutan ini d

o-200

oC. T

yang digu

antara beb

tode hidrote

nggunakan

ntonit

erupakan s

tonit perta

995]. Pemb

otermal, pr

a [Subkhi,

anyak warn

arna-warna

dalam bent

an terasa lic

emiliki ru

e dalam jen

-1 a) Struk

intesis zeol

osilikat dal

rutan silika

apat mengk

kanan yan

akan dalam

rapa jam s

rmal ini pad

asa dan ker

lah satu je

a kali dite

entukan ben

ses transfo

1999]. Bent

, di antaran

bentonit ya

onit. Bento

in.

mus molek

is tanah liat

Salur

Saluran be

ur Silicalit

t dapat dila

m lingkun

an alumina

istal dalam

diberikan

sintesis sed

ampai bebe

jangkauan

ngka cetak

is tanah li

mukan, yait

onit di ala

masi, dan

onit terdapa

ya putih, hij

ng beraga

it memiliki

l Al2O3.

yang terdiri

n lurus

rkelok-kelok

-1 (b) Difu

kukan deng

an yang ber

dengan ada

sistem hidr

sama deng

angkan wa

rapa hari.

temperatur

(template)b

t. Nama be

u Fort Ben

berlangsu

roses peng

t di semua

au terang,

ini diseba

tekstur yan

SiO2. H2O

dari tiga la

Tabung

0,25 nm

Saluranlurus

=0,9

95nm

si unit sel

n kristalisa

sifat basa. L

nya hidroks

otermal yan

an tekanan

tu yang dig

ilicalite-1

ang lebar y

erupa senya

tonit diam

on, Wyomi

g akibat pr

ndapan ki

enua kecua

erah bata, c

bkan oleh

g halus. Jik

atau Al2S

isan yaitu

Jari-jar

Silicalite-1

si secara hi

arutan dibu

da dan/atau

g tertutup p

uap jenuh

unakan dala

uga dapat

aitu antara 9

a organik.

il dari na

ng, Amerik

ses pelapuk

ia yang terj

li antartika.

oklat, biru l

erbedaan k

a ditambah

4O10(OH)2.

isi Si-Al-Si

i 0,2-0,4 nm

Saluran berkel

kelok

= 1,208 nm

11

[Krishna,

rotermal

t dengan

senyawa

ada suhu

air pada

m reaksi

isintesis

0o-200

oC

a daerah

Serikat

an tanah,

adi sejak

Bentonit

ngit dan

omposisi

air maka

Bentonit

. Lapisan

k-


9/15

12

alumina (AlSi3O10)5- dan (Al2Si2O10)

6- dengan struktur oktahedral berada di antara dua

lapisan silika (Si4O10)4- dengan struktur tetrahedral. Kadang-kadang atom alumunium

digantikan oleh atom magnesium atau besi. Muatan total yang negatif dalam bentonit

dinetralkan dengan absorpsi kation yang bersifat dapat dipertukarkan. Biasanya kation ini

adalah Ca2+, Mg2+, K+atau Na+.

Gambar 2.4Struktur bentonit a) silika tetrahedral tunggal , b) silika tetrahedral menyusunstruktur heksagonal, c) unit oktahedral tunggal dan d) gabungan unit oktahedral[Origins of Life]

Berdasarkan jenis kation yang dimilikinya, bentonit dibagi menjadi dua jenis, yaitu:

1.

Bentonit natriumBentonit natrium disebut juga bentonit swelling. Jenis bentonit ini memiliki lapisan air

tunggal dan ion Na+ sebagai ion yang dapat dipertukarkan. Jenis bentonit ini memiliki

kemampuan untuk mengembang jika ditambah air sehingga volum saat basah lebih besar

daripada volum saat kering.

2. Bentonit kalsiumBentonit kalsium disebut juga bentonit non-swelling. Jenis bentonit ini memiliki lapisan

air ganda dan ion Ca2+ sebagai ion yang dapat dipertukarkan. Jenis bentonit ini tidak

memiliki kemampuan mengembang sebaik bentonit natrium.

Bentonit dapat digunakan sebagai bahan dalam pembuatan kertas, pemurnian air, pembuatan

kosmetik, pengolahan anggur, aditif dalam pakan ternak, penawar racun logam berat, dan

pengadsorpsi zat warna dalam pengolahan minyak kelapa sawit. Selain itu, bentonit juga

dapat digunakan dalam pembentukan pasir dan pengeboran minyak bumi.


10/15

13

2.5 Pembuatan MembranPembuatan membran komposit silicalite-1terdiri dari 3 tahapan, yaitu:

1. Pembuatan material pendukung membran berpori mikro dari bahan bentonit2. Pelapisan zeolit jenis silicalite-1 pada permukaan material pendukung membran

bentonit kemudian dikeringkan

3. Sinteringdi dalam tungku pembakar

2.6 Sistem filtrasi aliran tangensialFiltrasi aliran tangensial merupakan suatu proses filtrasi dengan memberikan aliran

bertekanan pada larutan umpan atau influen. Sejumlah larutan umpan dipermeasikan melalui

membran, sedangkan larutan umpan yang tidak mengalami proses penyaringan bergerak disepanjang membran dan dikeluarkan dari sistem. Sistem filtrasi ini dinamakan sistem filtrasi

aliran tangensial karena larutan umpan dan konsentrat tidak mengalir secara tegak lurus

terhadap membran, melainkan mengalir secara paralel melalui membran. Efektivitas proses

penyaringan dengan sistem ini bergantung pada ukuran pori yang dibentuk di dalam

membran. Dengan ukuran pori yang sesuai, sistem filtrasi aliran tangensial ini bersifat lebih

efektif daripada membran osmosis balik, filtrasi nano, filtrasi ultra dan filtrasi mikro.

Keuntungan lain dari sistem filtrasi aliran tangensial ini yaitu kontaminan yang menyumbat

pori dapat dibersihkan dengan cara pembilasan balik (backwashing)[Sibarani, 1994].

Ada dua metode dasar yang digunakan dalam proses pemisahan, yaitu sistem aliran tunggal

dan sistem aliran kontinu. Kedua sistem ini ditunjukkan pada Gambar 2.5.

a)

b)

umpan konsentrat

Permeat

umpan konsentrat

permeat

Gambar 2.5 Aliran tangensial a) aliran tunggal b) aliran kontinu [Sibarani, 1994]


11/15

14

Dalam sistem aliran tunggal, aliran umpan hanya sekali melewati membran sedangkan dalam

sistem aliran kontinu, aliran umpan akan terus berulang melewati membran. Sistem aliran

kontinu dapat digunakan untuk proses pemisahan secara kontinu karena pada saat proses

pemisahan berlangsung volum umpan tidak banyak berkurang setiap waktunya. Laju alir

larutan umpan pada filtrasi ultra aliran tangensial sangat besar dan bersifat turbulen. Laju alir

yang besar dan bersifat turbulen dapat meningkatkan koefisien transfer massa [Sibarani,

1994].

2.7 Efisiensi kinerja membranEfisiensi kerja membran ditentukan oleh dua parameter yaitu selektivitas dan fluks zat yang

berpermeasi menembus membran. Fluks atau laju permeasi didefinisikan sebagai volum

larutan yang menembus membran per unit area dan waktu [Mulder, 1996]. Satuan yang

digunakan untuk fluks yaitu L m-2jam-1, L m-2hari-1, dan L cm3cm-2jam-1[Mulder, 1996].

Selektivitas membran dalam memisahkan campuran secara umum ditunjukkan oleh dua

parameter, yaitu rejeksi (R) atau faktor pemisahan () [Mulder, 1996]. Istilah rejeksi

digunakan saat pemisahan campuran larutan, sedangkan istilah faktor pemisahan digunakan

saat pemisahan gas atau campuran larutan organik.

Rejeksi (R) dinyatakan sebagai:

f

p

f

pf

c

c

c

ccR =

= 1

dengan cfadalah konsentrasi larutan dalam larutan umpan dan cpadalah konsentrasi larutan

dalam permeat. R bervariasi antara 100% (rejeksi terjadi secara sempurna pada larutan,

dalam kasus ini membran bersifat semipermeabel ideal) dan 0% (larutan dan pelarut lolos

melalui membran) [Mulder, 1996].

Persamaan faktor pemisahan:

BA

BAB/A xx

yy=

dengan yA dan yB adalah konsentrasi komponen A dan B dalam permeat dan xA dan xB

adalah konsentrasi komponen A dan B dalam larutan umpan. Jika laju permeasi komponen A

yang menembus membran lebih besar daripada komponen B maka faktor pemisahan

dinotasikan sebagai A/B. Sebaliknya, jika laju permeasi komponen B melalui membran lebih

besar daripada komponen A maka faktor pemisahan dinotasikan sebagai B/A. Jika nilai A/B

sama dengan B/A yaitu bernilai 1 maka tidak terjadi pemisahan.


12/15

15

2.8 Karakterisasi membran2.8.1 Scanning Electron MicroscopeScanning electron microscope (SEM) adalah suatu instrumen yang dipergunakan dalamkarakterisasi permukaan. Mekanisme kerja SEM terdiri dari beberapa tahapan. Pertama-

tama, berkas elektron menyapu permukaan spesimen, titik demi titik dengan sapuan

membentuk garis mirip seperti gerakan mata orang yang sedang membaca. Kemudian

elektron dipantulkan kembali sebagai elektron sekunder. Elektron sekunder ini ditangkap

oleh detektor, diolah dan ditampilkan pada layar. Data atau tampilan yang diperoleh adalah

data permukaan atau lapisan dengan ketebalan sekitar 20 m dari permukaan. Dengan

pembesaran tertentu, topografi permukaan terlihat memiliki tonjolan atau lekukan yang

beragam.

Karakterisasi dengan SEM memerlukan permukaan sampel yang bersifat konduktif. Oleh

karena itu, permukaan sampel yang bersifat nonkonduktif harus diberi perlakuan awal

terlebih dahulu. Perlakuan awal ini berupa pemberian lapisan tipis emas. Proses pelapisan ini

dilakukan dengan menggunakan evaporator vakum. Gangguan pada analisis SEM dapat

berupa efek charging. Efek ini terjadi akibat adanya material nonkonduktif pada permukaan

sampel, misalnya kotoran atau keringat sehingga foto SEM terlihat sangat terang. Untuk

mencegah gangguan ini maka permukaan spesimen harus bersih dari kotoran dan keringat.

SEM dapat digunakan dalam banyak aplikasi yaitu untuk evaluasi material, analisis

gangguan dan kendali mutu. Dalam evaluasi material, SEM digunakan untuk mengetahui

ukuran partikel, analisis permukaan, porositas, distribusi ukuran partikel, homogenitas

material, dan distribusi antarlogam. Dalam analisis gangguan, SEM digunakan untuk

mengetahui lokasi kontaminasi, dan lokasi cacat permukaan. Dalam kendali mutu, SEM

digunakan untuk membedakan sampel yang baik dan yang buruk [Radiological &

Environmental Management, 2006].

2.8.2 Difraksi Sinar-XSinar-X merupakan radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang 1 . Sinar-X

muncul di antara sinar gama dan sinar ultraviolet dalam spektrum elektromagnetik. Sinar-X

ditemukan pada tahun 1895 oleh Wilhelm Conrad Roentgen. Untuk penemuan ini, Rontgen

mendapat hadiah nobel pada tahun 1901. Hadiah nobel ini merupakan hadiah nobel pertama

dalam bidang fisika.


13/15

16

Sejak ditemukan, sinar-X telah digunakan untuk analisis tidak merusak pada material

maupun manusia. Analisis dengan menggunakan sinar-X menghasilkan pola difraksi tertentu

yang dapat digunakan untuk analisis kuantitatif maupun kualitatif.

Sinar-X dihasilkan dari tumbukan antara elektron berkecepatan tinggi dengan logam target.Alat penghasil sinar-X terdiri atas beberapa komponen, yaitu sumber elektron (katode),

tegangan tinggi untuk mempercepat elektron dan logam target (anode) [West, 1984].

Saat suatu material ditembak dengan sinar-X, besar intensitas sinar yang ditransmisikan akan

lebih rendah daripada besar intensitas sinar yang datang. Hal ini terjadi karena adanya

penyerapan intensitas oleh material dan penghamburan sinar oleh atom-atom di dalam

material tersebut. Berkas sinar-X dengan fasa yang sama bersifat saling menguatkan

sedangkan berkas sinar-X dengan fasa yang berbeda bersifat saling meniadakan. Berkas

sinar-X dengan fasa yang sama muncul sebagai berkas difraksi. Berkas difraksi sinar-X ini

memenuhi hukum Bragg:

n = 2 sin

Difraksi sinar-X adalah metode karakterisasi yang paling penting digunakan dalam kimia

padatan dan material. Difraksi sinar-X digunakan untuk dua tujuan yaitu karakterisasi daerah

sidik jari bagi material kristalin dan penentuan struktur, seperti cara atom bergabung dalam

fase kristalin dan jarak antaratom, sudut ikatan dan lain-lain [West, 1984].

2.9 Spektrofometri Serapan AtomSpektrofotometri serapan atom (SSA) adalah teknik yang paling banyak digunakan dalam

analisis kandungan logam renik. Teknik SSA memiliki kelebihan, di antaranya sensitivitas,

selektivitas dan presisi yang tinggi. Selain itu, teknik ini sederhana dan tidak memerlukan

waktu analisis yang lama. Dasar teknik analisis ini adalah absorpsi sinar dengan panjang

gelombang tertentu oleh atom-atom yang dianalisis yang berada pada tingkat energi dasar.

Skema alat SSA:

Alat spektrofotometri serapan atom terdiri dari 1) sumber sinar, 2) modulator, 3) nyala, 4)

monokromator, 5) detektor dan 6) layar penampil.

Sumber sinar yang digunakan dalam instrumen SSA adalah lampu katode berongga. Lampu

ini banyak digunakan dalam teknik analisis SSA karena dapat menyediakan garis sinar yang

1 2 3 4 5 6


14/15

17

sempit. Hal ini diperlukan karena lebar garis sinar harus lebih sempit daripada lebar garis

absorpsi [Gamboa, 2003]. Lampu katode berongga terbuat dari tabung gelas yang berisi

katode dan anode. Katode terbuat dari unsur yang sama dengan unsur yang dianalisis

sehingga menghasilkan emisi sinar yang khas [Gamboa, 2003]. Sinar dari lampu katode

berongga ini akan melewati sampel yang berupa atom-atom dalam keadaan gas. Kemudian

atom-atom tersebut mengabsorpsi sinar dari lampu katoda berongga sehingga terjadi eksitasi.

Atom-atom yang tereksitasi akan memancarkan juga sinar dengan panjang gelombang yang

khas. Baik sinar yang diserap maupun sinar yang dipancarkan tadi akan dideteksi oleh

detektor. Hal ini menyebabkan pengukuran penyerapan sinar yang diabsorpsi oleh atom-

atom dari lampu katoda berongga menjadi terganggu. Untuk mengatasi hal ini, dibuat sistem

modulasi sehingga detektor hanya mengukur perubahan intensitas cahaya yang diemisikan

oleh lampu katoda berongga sedangkan emisi yang berasal dari unsur dalam nyala tidak ikut

terukur.

Menurut hukum Lambert-Beer, jumlah sinar yang diabsorpsi oleh sampel sebanding dengan

konsentrasi sampel yang dianalisis. Hukum Lambert-Beer diberikan oleh persamaan:

A = logI

It= a x b x c

dengan A menunjukkan absorbansi, I0 menunjukkan intensitas sinar yang datang, It

menunjukkan intensitas sinar yang diteruskan setelah melewati sinar, a menunjukkan tetapan

absoptivitas molar, b menunjukkan tebal kuvet (cm) dan c menunjukkan konsentrasi sampel

(M atau ppm). Konsentrasi larutan sampel dapat diketahui dengan mengukur absorbansi

sampel kemudian mengalurkan nilai absorbansi tersebut ke dalam kurva kalibrasi. Kurva

kalibrasi adalah kurva yang diperoleh dari pengaluran nilai absorbansi larutan standar

terhadap konsentrasi larutan standar.

Ada beberapa parameter yang mempengaruhi kerja instrumen AAS, yaitu:

1. Kestabilan sumber sinarSumber sinar harus menghasilkan sinar yang intensitasnya tetap dan stabil karena

mempengaruhi jumlah sinar yang diabsorpsi oleh sampel

2. Profil nyalaProfil nyala adalah kurva yang menyatakan hubungan antara absorbans dengan tinggi

pembakar. Profil nyala berkaitan dengan tinggi pembakar yang menghasilkan absorbans

yang maksimum.

3. Pengaruh komposisi gas bakarKomposisi gas bakar mempengaruhi suhu nyala. Suhu nyala yang panas dapat

mengeksitasi atom seluruhnya. Namun, suhu nyala yang terlalu tinggi dapat

menyebabkan terjadinya ionisasi unsur yang dianalisis.


15/15

18

4. Kepekaan dan daerah konsentrasiKepekaan adalah konsentrasi unsur dalam larutan yang menghasilkan perubahan

sebesar 0,0044 satuan absorbansi terhadap larutan blangko sedangkan daerah

konsentrasi adalah rentang konsentrasi unsur yang dianalisis yang dapat menghasilkan

nilai absorbans antara 0,2 sampai 0,8.

S =,

tan C =

A x S

,

dengan tan menunjukkan kemiringan grafik A terhadap konsentrasi, S menunjukkan

kepekaan, C menunjukkan konsentrasi (M atau ppm) dan A menunjukkan absorbansi.

Dalam teknik analisis SSA dapat terjadi gangguan analisis. Gangguan ini berupa peristiwa-

peristiwa yang menyebabkan pembacaan absorbansi dari atom-atom unsur yang dianalisis

menjadi lebih kecil atau lebih besar daripada nilai yang seharusnya. Gangguan ini dapat

berupa:

1. Gangguan matriks cuplikan, yang terjadi karena kondisi larutan misalnya pH,viskositas, berat jenis dan sifat fisik lainnya tidak sama di dalam larutan cuplikan

dengan larutan standar. Gangguan ini dapat diatasi dengan cara membuat kondisi fisik

larutan sampel sama dengan larutan standar.

2. Gangguan kimia yang mempengaruhi banyaknya atom-atom yang terjadi di dalamnyala. Gangguan ini dapat terjadi akibat tiga hal yaitu:a. Terjadi disosiasi tidak sempurna senyawa-senyawa di dalam nyala akibat

terbentuknya senyawa refraktori (sukar terurai dalam nyala) seperti senyawa

silikat, fosfat dan aluminat. Ini mengakibatkan konsentrasi atom-atom logam yang

dianalisis menjadi lebih kecil daripada konsentrasi sebenarnya. Gangguan ini dapat

diatasi dengan cara menambah unsur pembebas seperti stronsium dan lantanum.

b. Terjadi ionisasi atom-atom di dalam nyala yang disebabkan karena temperaturnyala terlalu tinggi. Ionisasi atom-atom menyebabkan jumlah atom netral

berkurang. Gangguan ini dapat diatasi dengan penambahan unsur yang memilikipotensial ionisasi lebih rendah daripada atom yang akan dianalisis.

c. Terjadi serapan oleh molekul-molekul yang terdisosiasi dalam nyala. Hal ini dapatterjadi akibat dua faktor yaitu konsentrasi cuplikan terlalu tinggi dan suhu nyala

kurang tinggi. Gangguan analisis ini dapat diatasi dengan bekerja pada panjang

gelombang yang lebih tinggi atau dengan menggunakan nyala api pada suhu yang

lebih tinggi.

Documents

karakterisasi membran