pembuatan membran komposit kitosan- …... · abstrak telah dilakukan ... memberikan akses bagi...

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

i

PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT KITOSAN-

VANILIN/POLIVINIL ALKOHOL/LEMPUNG SEBAGAI

MEMBRAN POLIMER ELEKTROLIT

Disusun Oleh :

WIWIT ARIYANTO

M0307071

SKRIPSI

Diajukan untuk memenuhi sebagian

persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains Kimia

JURUSAN KIMIA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SEBELAS MARET

SURAKARTA

Juli, 2012


commit to user

ii


commit to user

iii

PERNYATAAN

Dengan ini saya menyatakan bahwa skripsi saya yang berjudul

”PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT KITOSAN-VANILIN/POLIVINIL

ALKOHOL/LEMPUNG SEBAGAI MEMBRAN POLIMER ELEKTROLIT”

adalah benar-benar hasil penelitian sendiri dan tidak terdapat karya yang pernah

diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan

sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat kerja atau pendapat yang pernah

ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam

naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Surakarta, Juli 2012

WIWIT ARIYANTO


commit to user

iv

PEMBUATAN MEMBRAN KOMPOSIT

KITOSAN-VANILIN/POLIVINIL ALKOHOL/LEMPUNG

SEBAGAI MEMBRAN POLIMER ELEKTROLIT

WIWIT ARIYANTO

Jurusan Kimia. Fakultas Matematia dan Ilmu Pengetahuan Alam.

Universitas Sebelas Maret

ABSTRAK

Telah dilakukan penelitian pembuatan membran komposit kitosan-vanilin

(KV)/Polivinil alkohol (PVA)/lempung untuk aplikasi membran polimer

elektrolit. Pada penelitian ini menggunakan dua jenis lempung yaitu lempung

coklat (LC) dan lempung abu-abu (LA). Komposit kitosan-vanilin/PVA/lempung

coklat (KVLC) dan komposit kitosan-vanilin/PVA/lempung abu-abu (KVLA)

dibuat dengan penambahan resin KV dan PVA ke dalam lempung yang

dikembangkan dalam larutan asam asetat 1% (w/w) selama 12 jam. Karakterisasi

membran komposit dilakukan dengan spektroskopi infra merah (FT-IR),

spektroskopi difraksi sinar-X (XRD), analisis termal (TGA), morfologi, kapasitas

tukar kation (KTK), dan swelling degre (SD). Hasil analis KTK menunjukan

membran KVLA memiliki nilai KTK lebih besar daripada KVLC yaitu 3,35

meq/g. Nilai KTK meningkat dengan penambahan lempung dan peningkatan suhu

larutan cetak. Pengukuran TGA menujukan stabilitas termal KVLA dan KVLC

lebih besar dari 100 oC dan mengalami dua tahap degradasi yaitu degradasi PVA

dan polimer kitosan-vanilin. Nilai KTK dan stabilitas termal yang tinggi

menunjukan bahwa membran KVLA memiliki potensi untuk digunakan sebagai

membran polimer elektrolit dalam Polymer Electrolite Membrane Fuel Cell

(PEMFC).

Kata kunci: komposit, kitosan-vanilin, lempung, membran polimer elektrolit


commit to user

v

PREPARED OF CHITOSAN-VANILIN/POLYVINYL ALCOHOL/CLAY

COMPOSITE MEMBRANE AS POLYMER ELECTROLYTE

MEMBRANE

WIWIT ARIYANTO

Department of Chemistry. Mathematic and Natural Science Faculty.

Sebelas Maret University.

ABSTRACT

Composite membranes chitosan-vanilin/polyvinyl alcohol/clay with two types of

clay, brown clay (BC) and grey (GC) have been prepared by dispersing chitosan-

vanilin (CV) and polyvinyl alcohol (PVA) into swelling clay in acetic acid

solution 1% (w/wt). Chitosan-vanilin/polyvinyl alcohol/brown clay (CVBC)

composite membranes and chitosan-vanilin/polyvinyl alcohol/grey clay (CVGC)

composite membranes were characterized by TGA, FT-IR, XRD, digital

microscope, cation exchange capacity (CEC) and swelling degre. The CEC

resulted indicate that CVGC membranes higher than CVBC membranes an equal

to 3,35 meq/g. CEC value was increase with increasing of clay and temperature

membranes preparation. Thermal analisys resulted that thermal stability of CVBC

and CVGC more than 100 oC and have two degradation stage are polyvinyl

alcohol degradation and chitosan degradation. High CEC value and thermal

stability indicated that CVGC membrane have a potential to be use as polymer

electrolyte membrane in polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC).

Keyword: composite, chitosan-vanilin, clays, polymer electrolyte membrane


commit to user

vi

MOTTO

Sesungguhnya dalam penciptaan langit dan bumi,

dan silih bergantinya malam dan siang

terdapat tanda-tanda bagi orang-orang yang berakal

(Ali ‘Imran: 190)

Maka nikmat Tuhan kamu yang manakah yang kamu dustakan?

(Ar Rahmaan:13)

Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan. Maka apabila

kamu telah selesai (dari sesuatu urusan), kerjakanlah dengan

sungguh-sungguh (urusan) yang lain dan hanya kepada Tuhanmulah

hendaknya kamu berharap

(A Lam Nasyrah:7-8)

Aku melihat air menjadi rusak karena diam tertahan

Jika mengalir menjadi jernih, jika tidak, kan keruh menggenang

(Imam Syafi’i)

Kesuksesan dapat dicapai dengan logika, namun doa adalah penentu

kesuksesan yang nyata walau tak dapat dilogika.

(Anonim)

Kita hidup dari apa yang kita dapatkan,

Tapi kita bahagia dari apa yang kita berikan.

(Anonim)


commit to user

vii

PERSEMBAHAN

Karya ini Saya persembahkan untuk,

Orangtuaku tersayang “Bapak & Ibu”,

maaf kalau tidak bisa menyelesaikan ini semua tepat waktu. Terimakasih atas kasih sayang

dan do’a yang selalu tercurah untukku.

Kakak dan adikku tercinta “Ami, Ian, Anik, Pras dan Riki” ,

yang selalu memberikan dukungan untukku.

“Schatzy ’07”

Terimakasih atas do’a, dukungan, dan motivasi yang telah diberikan untukku.

Semua pembaca, semoga dapat lebih bermanfaat.


commit to user

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan segenap syukur bagi Allah SWT yang telah menunjukkan

jalan yang indah bagi penulis sehingga skripsi ini dapat penulis selesaikan dengan

baik sebagai salah satu persyaratan dalam memperoleh gelar sarjana sains Jurusan

Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas

Maret Surakarta. Atas segala karunia-Nya pulalah penulis menyadari bahwa

segala sesuatu memiliki proses dan waktunya masing-masing.

Dalam menyusun skripsi ini penulis menemui berbagai hambatan dan

permasalahan yang beragam. Namun, atas bimbingan, kritikan, saran, dan

dorongan semangat yang bermanfaat dari berbagai pihak, semua hambatan dan

permasalahan tersebut dapat penulis atasi dengan baik. Oleh karena itu, penulis

ingin menyampaikan terima kasih kepada pihak-pihak yang telah membantu

penulis, yaitu sebagai berikut.

1. Dr. Eddy Heraldy., M.Si., selaku ketua jurusan Kimia Fakultas Matematika

dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sebelas Maret, Surakarta

2. M. Widyo Wartono., M.Si., selaku pembimbing akademik

3. Edi Pramono., M.Si., selaku pembimbing I, yang dengan penuh kesabaran

telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis

4. Candra Purnawan., M.Sc., selaku pembimbing II, yang telah memberikan

bimbingan dan arahan kepada penulis

5. I.F. Nurcahyo., M.Si., selaku ketua laboratorium Kimia Dasar, yang telah

memberikan akses bagi penulis melakukan penelitian di laboratorium Kimia

Dasar bagian Komputasi Kimia

6. Bapak Ibu dosen dan seluruh staf jurusan Kimia yang telah memberikan

fasilitas dan pelayanan yang baik bagi penulis

7. DP2M Dikti atas dana yang diberikan untuk penelitian ini

8. Bapak, Ibu, kakak-kakakku, Riki, Pras, dan Keyla di rumah, atas dukungan

dan motivasi yang diberikan untuk segera menyelesaikan karya ini

9. Teman-teman seperjuangan di Kelompok Peneilitan Material Organik Sub

Devisi Kimia Polimer atas bantuan, kritik, dan sarannya


commit to user

ix

10. Dewi, Devi, dan Cita atas kebersamaan yang selama ini telah kita lalui

11. Teman-teman Himamia periode 2009/2010 yang telah menjadi keluarga

kedua di Solo

12. Teman-teman Kimia angkatan 2007 dan semua pihak yang tidak mungkin

disebutkan satu per satu, terimakasih atas semua dukungannya selama ini

Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna. Oleh

karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari semua

pihak dalam rangka untuk menyempurnakan skripsi ini. Akhirnya penulis

berharap, semoga karya kecil ini dapat memberikan manfaat bagi ilmu

pengetahuan dan bagi pembaca.

Surakarta, Juli 2012

Wiwit Ariyanto


commit to user

x

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ........................................................................................... i

HALAMAN PENGESAHAN ............................................................................. ii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN ........................................................ iii

ABSTRAK ........................................................................................................... iv

ABSTRACT ......................................................................................................... v

MOTTO ............................................................................................................... vi

PERSEMBAHAN ............................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ viii

DAFTAR ISI ....................................................................................................... x

DAFTAR TABEL ................................................................................................ xiii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................... xiv

DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... xvi

BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1

A. Latar Belakang..................................................................................... 1

B. Perumusan Masalah ............................................................................. 3

1. Identifikasi Masalah........................................................................ 3

2. Batasan Masalah ............................................................................. 4

3. Rumusan Masalah ........................................................................... 5

C. Tujuan Penelitian ................................................................................. 5

D. Manfaat Penelitian ............................................................................... 5

BAB II LANDASAN TEORI .............................................................................. 6

A. Tinjauan Pustaka ................................................................................. 6

1. Sel Bahan Bakar dan Membran Sel Bahan Bakar ........................... 6

2. Polimer dalam Membran Sel Bahan Bakar ..................................... 7

3. Kitosan-vanilin sebagai Membran Polimer Elektrolit .................... 9

4. Polivinil Alkohol ............................................................................. 11

5. Lempung dalam Membran Komposit Elektrolit.............................. 12

6. Karakterisasi Membran Polimer Elektrolit ...................................... 16


commit to user

xi

a. Spektroskopi Infra Merah (FT-IR) .............................................. 17

b. Spektroskopi Difraksi Sinaar-X (XRD)...................................... 17

c. Thermogravimetric Analisys (TGA) ........................................... 18

d. Mikroskop Digital ....................................................................... 19

B. Kerangka Pemikiran ............................................................................ 19

C. Hipotesis .............................................................................................. 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................ 22

A. Metode Penelitian ............................................................................... 22

B. Tempat danWaktu Penelitian .............................................................. 22

C. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan........................................................ 22

1. Alat ................................................................................................. 22

2. Bahan .............................................................................................. 23

D. Prosedur Penelitian…………………………………………..……. ... 23

1. Persiapan Bahan.............................................................................. 23

2. Deasetilasi Kitosan ......................................................................... 24

3. Sintesis Kitosan-vanilin .................................................................. 24

4. Pembuatan Komposit KV/PVA/Lempung ...................................... 24

5. Analisis Kapasitas Tukar Kation (KTK) ......................................... 25

6. Analisis Derajat Pengembangan Membran (swelling degre) .......... 25

7. Analisis Spektrofotometer Difraksi Sinar-X (XRD) ....................... 26

8. Analisis Spektrofotometer Infra Merah (FT-IR) ............................. 26

9. Analisis Stabilitas Termal Membran ............................................... 26

10. Analisis Morfologi Permukaan membran ..................................... 26

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data ............................................. 26

1. Penentuan Derajat Deasetilasi (DD) kitosan ................................... 26

2. Penentuan Komposisi Optimum Membran ..................................... 27

3. Penentuan Derajat Pengembangan Membran (swelling degre)....... 27

4. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FT-IR) .................................... 27

5. Analisis Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD) .............................. 28

6. Analisis Stabilitas Termal Membran ............................................... 28

7. Analisis Homogenitas Permukaan Membran .................................. 28


commit to user

xii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 29

A. Karakterisasi Kitosan........................................................................... 29

B. Karakterisasi Lempung ........................................................................ 31

C. Sintesis Kitosan-vanilin ....................................................................... 33

D. Membran Komposit KV/PVA/Lempung ........................................... 37

1. Analisis Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD) ............................. 38

2. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FT-IR) ................................... 40

3. Analisis Kapasitas Tujar Kation (KTK) dan swelling degre ........... 41

4. Analisis Sifat Termal ....................................................................... 44

5. Analisis Morfologi Membran .......................................................... 47

6. Kajian Pengaruh Variasi Suhu dalam Pembuatan Membran

Komposit ...................................................................................... 49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 53

DAFTAR PUSTAKA. ......................................................................................... 54

LAMPIRAN ........................................................................................................ 58


commit to user

xiii

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 1. Serapan FT-IR dari kitosan, vanilin, dan KV ................................... 17

Tabel 2. Serapan FT-IR karakteristik kitosan, vanilin, dan kitosan-vanilin ... 35

Tabel 3. KPK dan SD membran KV/PVA ...................................................... 42


commit to user

xiv

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Gambar 1. Skema sel bahan bakar .................................................................... 6

Gambar 2. Struktur kitin dan kitosan................................................................ 8

Gambar 3. Skema modifikasi kimia dari kitosan ............................................. 9

Gambar 4. Struktur kimia vanilin ..................................................................... 10

Gambar 5. Sintesis kitosan-vanilin ................................................................... 11

Gambar 6. Struktur kimia polivinil alkohol...................................................... 12

Gambar 7. Ilustrasi secara kimia dari tipe komposit yang mungkin

terbentuk dari proses interkalasi ..................................................... 16

Gambar 8. Spektrum FT-IR kitosan ................................................................. 30

Gambar 9. Deasetilassi kitosan dengan basa kuat ............................................ 31

Gambar 10. Difraktogram lempung coklat dan lempung abu-abu ..................... 32

Gambar 11. Reaksi pembentukan basa Schiff pada kitosan ............................... 33

Gambar 12. Kitosan (a) dan Kitosan-vanilin ...................................................... 34

Gambar 13. Spektrum FT-IR vanilin, kitosan, dan kitosan-vanilin ................... 35

Gambar 14. Termogram kitosan-vanilin ............................................................ 37

Gambar 15. Difraktogram membran KV/PVA, LC, LA, KVLC, dan KVLA ... 38

Gambar 16. Spektrum FT-IR lempung coklat, lempung abu-abu, membran

KV/PVA, dan membran komposit KVLC 0,125 ............................ 40

Gambar 17. Kurva hubungan KTK dan SD membran komposit KVLC dengan

variasi berat lempung coklat ........................................................... 42

Gambar 18. Kurva hubungan KTK dan SD membran komposit KVLA

dengan variasi berat lempung abu-abu ........................................... 43

Gambar 19. Termogram PVA, KV, dan membran KV/PVA ............................. 45

Gambar 20. Termogram membran komposit KVLC 0,025; KVLC 0,1; dan

KVLC 0,125 ................................................................................... 47

Gambar 21. Termogram membran komposit KVLA 0,025; KVLA 0,1; dan

KVLA 0,125 ................................................................................... 47

Gambar 22. Permukaan membran KV/PVA dengan pembesaran 100 kali ........ 48


commit to user

xv

Gambar 23. Permukaan membran komposit KVLC 0,025; KVLC 0,1; dan

KVLC 0,125 dengan pembesaran 100 kali ..................................... 48

Gambar 24. Permukaan membran komposit KVLA 0,025; KVLA 0,1; dan

KVLA 0,125 dengan pembesaran 100 kali ..................................... 48

Gambar 25. Kurva hubungan KPK dan SD membran komposit KVLA dengan

variasi berat lempung abu-abu ........................................................ 50

Gambar 26. Termogram membran komposit KVLA dengan variasi larutan

cetak pada suhu 40 oC, 50

oC, dan 60

oC ........................................ 51

Gambar 27. Permukaan membran komposit KVLA 0,1 dengan variasi larutan

cetak pada suhu 40 oC (a), 50

oC (b), dan 60

oC setelah

pembesaran 1000 kali ..................................................................... 52


commit to user

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

Lampiran 1. Penentuan Derajat Deasetilasi (DD) kitosan ................................. 57

Lampiran 2. Penentuan berat molekul (BM) kitosan dan kitosan-vanilin ......... 59

Lampiran 3. Penentuan rendemen massa kitosan-vanilin .................................. 61

Lampiran 4. Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) lempung coklat,

lempung abu-abu, dan resin kitosan-vanilin ................................. 62

Lampiran 5. Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) membran kitosan-

vanilin ........................................................................................... 62


vanilin dengan variasi penambahan lempung coklat .................... 63


vanilin dengan variasi penambahan lempung abu-abu ................. 64


vanilin dengan penambahan lempung abu-abu 0,1 dan variasi

larutan cetak ................................................................................. 66

Lampiran 9. Penentuan swelling degre (SD) membran kitosan-vanilin ............ 67

Lampiran 10. Penentuan swelling degre (SD) membran kitosan-vanilin dengan

variasi penambahan lempung coklat ............................................ 68


variasi penambahan lempung abu-abu ......................................... 68


penambahan lempung abu-abu 0,1 dan variasi larutan cetak ....... 69

Lampiran 13. Diagram alir persiapan bahan ........................................................ 70

Lampiran 14. Diagram alir deasetilasi kitosan..................................................... 71

Lampiran 15. Diagram alir pembuatan kitosan-vanilin ....................................... 72

Lampiran 16. Diagram alir pembuatan membran komposit ................................ 73

Lampiran 17. Diagram alir penentuan kapasitas tukar kation membran ............ 74

Lampiran 18. Diagram alir penentuan swelling degre membra ........................... 75


commit to user

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang Masalah

Pemakaian bahan bakar fosil di Indonesia terus meningkat. Hal ini

menyebabkan penurunan ketersediaan minyak bumi. Beberapa usaha telah

dilakukan untuk mengembangkan pemakaian sumber energi lain yang dapat

diperbaharui, seperti sel bahan bakar atau fuel cells. Sel bahan bakar adalah alat

yang menghasilkan energi listrik secara elektokimia dengan cara mengubah

hidrogen menjadi arus listrik dengan produk samping berupa air. Keuntungan dari

sel bahan bakar antara lain efisiensi tinggi, ramah lingkungan, dan dapat

diperbaharui. Sel bahan bakar yang banyak dikembangkan saat ini yaitu Polymer

Electrolite Membrane Fuel Cells (PEMFC) dimana salah satu komponen

utamanya berupa membran polimer elektrolit (Dresselhaus et al., 2001; Hall et al.,

2003).

Membran polimer elektrolit berperan sebagai media transfer proton dari

anoda ke katoda. Dari sekian banyak jenis membran polimer elektrolit yang telah

dikembangkan, salah satunya adalah Polymer Exchange Membrane (PEM)

berbasis perfluorinated atau polimer asam perflorosulfat misalnya Nafion®.

Nafion® merupakan membran yang menjadi pilihan utama dan mudah ditemukan

dipasaran karena kapasitas penukar kationnya yang tinggi. Selain harganya yang

mahal, terdapat beberapa hal yang membatasi pemakaiannya (life time) yaitu

degradasi, korosif, dan suhu operasi. Nafion®

dalam aplikasinya terdapat

pembatasan suhu yaitu tidak bisa melebihi 80 oC dikarenakan pengunaan diatas

suhu tersebut akan membuat membran mengerut dikarenakan membran

kehilangan banyak air sehingga mengurangi kinerja membran. Pencarian material

baru yang dapat digunakan sebagai pengganti Nafion®, yang memiliki kapasitas

penukar kation dan stabilitas termal tinggi terus dilakukan (Adjemian et al.,

2002).

Penggunaan polimer alam sebagai membran polimer elektrolit mulai

dikembangkan. Polimer alam berbasis hidrokarbon seperti kitosan memiliki


commit to user

2

stabilitas termal yang cukup tinggi namun memiliki kapasitas penukar kation yang

rendah. Selain itu, membran polimer elektrolit berbasis polimer hidrokarbon lebih

cepat dalam tranfer proton daripada membran yang berbasis polimer asam

perflorosulfat (Handayani et al., 2007; Wald, 2004). Wiyarsi (2008) telah berhasil

memodifikasi kitosan dengan vanilin menghasilkan senyawa turunan kitosan

berupa kitosan-vanilin (KV) yang memiliki gugus fenol pada rantai samping

kitosan. Namun, dalam penelitiannya Wiyarsi membatasi penggunaan KV sebagai

agen antibakteri pada kain. Adanya gugus fenol pada KV menyebabkan KV

mudah membentuk muatan negatif pada ujung-ujung gugus fenol dengan

melepaskan ion H+. Kemudahan KV melepaskan ion H

+ akan meningkatkan

kapasitas tukar kationnya (KTK) sehingga KV dapat digunakan untuk membuat

membran polimer elektrolit.

Pembuatan membran dari kitosan sering terkendala akan sifat fisik

membran yang dihasilkan. Banyaknya ikatan hidrogen yang terdapat pada rantai

polimer kitosan menyebabkan membran kitosan memiliki tingkat elastisitas yang

rendah atau kaku dan sulit dibentuk saat preparasi membran. Penambahan

senyawa pemlastis seperti polivinil alkohol (PVA) akan mengurangi gaya

antarmolekul rantai polimer kitosan sehingga elastisitas membran meningkat dan

membran mudah dibentuk saat preparasi (Mat dan Liong, 2009).

Peningkatan sifat-sifat membran polimer elektrolit seperti kapasitas

tukar kation (KTK), stabilitas termal, derajat pengembangan (swelling degre)

(SD) dapat dilakukan dengan penambahan oksida. Oksida dengan karakteristik

bermuatan negatif pada strukturnya akan memberikan nilai lebih pada kapasitas

penukar kation membran sehingga kinerja membran dalam proses transfer proton

akan lebih baik dari membran KV sebelumnya. Oksida yang memiliki

karakteristik tersebut salah satunya adalah montmorilonit (Dewi, 2007; Tan et al.,

2007).

Montmorilonit merupakan minereal yang banyak terkandung dalam

bentonit. Bentonit adalah nama perdagangan sejenis lempung yang banyak

terdapat di Indonesia salah satunya di kecamatan Wonosegoro, Boyolali. Sifat

lempung yang mudah mengembang membuat material ini banyak dimodifikasi


commit to user

3

dengan menyisipkan senyawa lain diantara lapisannya. Penyisipan atau interkalasi

lempung dengan senyawa lain bertujuan untuk mendapatkan lempung terpilarisasi

yang memiliki stabilitas termal yang lebih tinggi. Interkalasi lempung dengan

kitosan telah banyak dilakukan namun belum pernah dilakukan interkalasi

lempung dengan KV. Interkalasi lempung dengan KV diharapkan akan

menghasilkan membran polimer elektrolit yang memiliki kapasitas tukar kation

dan stabilitas termal yang tinggi serta swelling degre membran yang rendah

(Lumingkewas, 2009; Akay, 2008; Li et al., 2010).

B. Perumusan Masalah

1. Identifikasi Masalah

Polimer kitosan memiliki gugus fungsional yang memungkinkan untuk

dimodifikasi, yaitu 1 gugus amino (NH2) dan 2 gugus hidroksi (OH) dalam setiap

unit ulangnya. Beberapa proses derivatisasi dapat berlangsung melalui gugus ini

dengan beberapa cara, yaitu proses substitusi (O-N karboksilasi, substitusi

enzimatik, pembentukan basa Schiff dan khelasi logam), proses perpanjangan

rantai (kopolimerisasi cangkok dan crosslink) serta proses depolimerisasi, baik

secara kimia, fisika maupun enzimatik (Kaban, 2009). Menurut Wiyarsi (2008)

pembentukan basa Schiff terjadi saat kitosan direaksikan dengan senyawa aldehid

baik aldehid alifatik seperti glutaral dehid maupun aldehid aromatik seperti

arilamina, salisilaldehid dan vanilin. Efektifitas substitusi vanilin ke dalam kitosan

dipengaruhi oleh jumlah vanilin, derajat deasetilasi (DD) dan berat molekul (BM)

kitosan. Kitosan dengan DD tinggi memiliki gugus amino bebas yang lebih

banyak sehingga kemungkinan vanilin yang tersubstitusi akan lebih banyak.

Sedangkan semakin tinggi BM kitosan akan menyebabkan sistem menjadi

crowded sehingga mempersulit vanilin untuk tersubstitusi ke dalam kitosan.

Penambahan material pengisi (filler) diharapkan dapat meningkatkan

sifat-sifat membran. Filler anorganik seperti TiO2, SiO2, CaO, zeolit, dan

lempung dapat meningkatkan kapsitas tukar kation (KTK), stabilitas termal, serta

mengurangi swelling degre (SD) membran (Dewi et al., 2007). Oksida dengan

karakteristik bermuatan negatif pada permukaannya seperti lempung efektif


commit to user

4

meningkatkan KTK membran. semakin banyak lempung yang ditambahkan maka

nilai KTK membran akan semakin besar. Penelitian Wang et al. (2005)

menunjukan penambahan lempung 2,5-10% dari berat polimer mampu

meningkatkan stabilitas termal membran kitosan hingga 30 oC. Sedangkan

peningkatan suhu akan interkalasi akan meningkatkan jumlah kitosan yang

masuk ke dalam ruang antar lapis lempung sehingga nilai KTK dan stabilitas

membran semakin meningkat.

Analisis yang dapat dilakukan untuk mengetahui keberhasilan dalam

pembuatan membran komposit kitosan-vanilin/PVA/lempung sebagai membran

polimer elektrolit meliputi konduktivitas, kapasitas tukar kation, swelling degre,

stabilitas termal, analisis gugus fungsi, analisis interaksi antar bahan, dan

homogenitas membran. Kapasitas tukar kation membran dapat diketahui dengan

metode titrasi atau menggunakan 1H NMR. Swelling degre ditentukan dengan

metode perendaman membran dalam akuades selama 24 jam. Analisis stabilitas

termal dapat dilakukan dengan metode Thermogravimetric Analisis (TGA).

Analisis gugus fungsi menggunakan spektroskopi infra merah. Analisis interaksi

antar bahan menggunakan spektroskopi infra mmerah dan spektroskopi difraksi

sinar-x (XRD). Sedangkan homogenitas membran dapat diketahui dengan alat

SEM, TEM, dan mikroskop digital.

2. Batasan Masalah

Berdasarkan identifikasi masalah di atas, maka masalah dalam penelitian

ini dibatasi oleh :

a. Kitosan yang digunakan untuk sintesis kitosan-vanilin berasal dari Bratachem.

b. Modifikasi kitosan dilakukan dengan penggunaan vanilin dengan perbandingan

kitosan : vanilin (1 : 3,5 w/w).

c. Lempung yang digunakan berasal dari Kecamatan Wonosegoro, Boyolali.

d. Jenis lempung yang digunakan adalah lempung yang berwarna coklat dan

lempung yang berwarna abu-abu.

e. Variasi berat lempung yang digunakan adalah 0 g; 0,025 g; 0,05 g; 0,075 g; 0,1

g; 0,125 g (0%; 6,67%; 13,3%; 20%; 26,67% dan 33,3% dari berat KV).


commit to user

5

f. Variasi suhu larutan cetak adalah 28 oC, 40

oC, 50

oC, dan 60

oC.

g. Karakterisasi yang dilakukan meliputi uji kapasitas tukar kation, uji derajat

pengembangan, TGA, FT-IR, XRD, dan mikroskop digital.

3. Rumusan Masalah

Berdasarkan identifikasi dan batasan masalah tersebut, maka rumusan

masalah dalampenelitian ini adalah :

a. Apakah penambahan vanilin dapat meningkatkan kapasitas tukar kation

kitosan?

b. Bagaimana pengaruh penambahan lempung terhadap kapasitas tukar kation

dan ketahanan termal membran KV?

c. Bagaimana pengaruh suhu larutan cetak terhadap karakterisik membran KV?

C. Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui pengaruh penambahan vanilin terhadap kapasitas tukar kation

kitosan.

2. Mengetahui pengaruh penambahan lempung terhadap ketahanan termal dan

nilai kapasitas penukar kation membran kitosan-vanilin.

3. Mengetahui pengaruh peningkatan suhu larutan cetak terhadap kapasitas tukar

kation dan stabilitas termal membran.

D. Manfaat Penelitian

Penambahan vanilin pada rantai samping kitosan dapat meningkatkan kapasitas

tukar kation kitosan. Penambahan lempung mampu meningkatkan ketahanan

termal dan nilai kapasitas tukar kationnya


commit to user

6

BAB II

LANDASAN TEORI

A. Tinjauan Pustaka

1. Sel Bahan Bakar dan Membran Sel Bahan Bakar

Sel bahan bakar atau fuel cells adalah alat yang menghasilkan energi

listrik secara elektrokimia dengan cara mengubah hidrogen (H2) menjadi arus

listrik dengan produk samping berupa air. Keuntungan dari sel bahan bakar

antara lain efisiensi tinggi, ramah lingkungan, dan dapat diperbaharui. Sel bahan

bakar bekerja seperti baterai, namun tidak membutuhkan recharging atau

pemasokan energi. Produksi energi akan dapat terus berjalan selama bahan bakar

sel tersebut masih ada dalam sistem sel bahan bakar (Dresselhaus et al., 2001).

Bentuk dasar dari sel bahan bakar ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1. Skema Sel Bahan Bakar (Williams, 2004)

Secara umum cara kerja sel bahan bakar tersebut adalah bahan bakar

yang berupa hidrogen dialirkan pada bagian anoda dan oksigen di alirkan ke

katoda. Reaksi kimia akan terjadi pada kedua elektroda yang akan menghasilkan

arus listrik, arus listrik ini dapat dijadikan sumber energi bagi berbagai keperluan.


commit to user

7

Reaksi kimia yang terjadi pada sel bahan bakar, yaitu oksidasi di anoda dan

reduksi di katoda. Reaksi yang terjadi sebagai berikut :

Anoda : 2H2 → 4H+ + 4e

-

Katoda : O2 + 4H+ + 4e

- → 2H2O

Reaksi sel keseluruhan : 2H2 + O2 → 2H2O

Lapisan elektrolit pada rangkaian alat sel bahan bakar dapat berupa

padatan elektrolit misalnya membran. Membran polimer elektrolit berperan

sebagai media transfer proton (H+) dari anoda ke katoda. Membran tersebut

banyak digunakan dalam polymer electrolyte membrane fuel cells (PEMFC).

Syarat utama membran yang dapat digunakan sebagai komponen sel bahan bakar

adalah memiliki muatan negatif pada strukturnya. Muatan tersebut akan

memfasilitasi transport proton dari anoda ke katoda (Hall et al., 2003).

2. Polimer dalam Membran Sel Bahan Bakar

Dewasa ini pembuatan material baru berbahan dasar polimer sebagai

membran dalam sel bahan bakar terus dikembangkan. Dari sekian banyak jenis

membran polimer elektrolit yang telah dikembangkan, salah satunya adalah

membran penukar ion atau Polymer Exchange Membrane (PEM) berbasis

perfluorinated atau polimer asam perflorosulfat misalnya Nafion®. Nafion

®

merupakan membran yang menjadi pilihan utama dan mudah ditemukan

dipasaran karena kapasitas tukar kation (KTK) dan konduktifitas ionik yang

tinggi. Selain harganya yang mahal, terdapat beberapa hal yang membatasi

pemakaiannya (life time) yaitu degradasi, korosif, dan suhu operasi. Nafion®

dalam aplikasinya terdapat pembatasan suhu operasi yaitu tidak bisa melebihi 80

oC dikarenakan penggunaan diatas suhu tersebut akan menyebabkan membran

terhidrat atau kering akibat dari penguapan air yang berlebihan sehingga

mengurangi efisiensi kinerja membran. Pencarian material baru yang memiliki

sifat tidak korosif, kapasitas tukar kation (KTK), dan stabilitas termal tinggi

sebagai pengganti Nafion® terus dilakukan (Adjemian et al., 2002).

Penggunaan polimer alam sebagai membran polimer elektrolit mulai

dikembangkan. Polimer alam berbasis hidrokarbon memiliki stabilitas termal


commit to user

8

yang cukup tinggi. Selain itu, membran polimer elektrolit berbasis polimer

hidrokarbon lebih cepat dalam transfer proton daripada membran polimer

elektrolit berbasis polimer asam perflorosulfat (Wald, 2004). Polimer alam

berbasis hidrokarbon seperti selulosa, kitosan, dan pati merupakan polimer alam

yang melimpah keberadannya di alam. Namun, polimer alam sebagian basar tidak

bermuatan sehingga perlu adanya modifikasi agar bermuatan negatif. Dari ketiga

polimer alam diatas, kitosan yang paling banyak menarik perhatian karena mudah

untuk dimodifikasi (Kaban, 2009).

Kitosan merupakan kitin yang telah dihilangkan gugus asetilnya melalui

proses deasetilasi dengan penambahan NaOH atau KOH. Kitosan adalah kitin

yang terdeasetilasi sebanyak mungkin, tetapi tidak cukup sempurna untuk

dinamakan poli glukosamin (Wiyarsi, 2008). Kebanyakan mutu kitosan komersil

mengandung 75-95% glukosamin dan 5-25% unit N-asetilglukosamin (Stephen,

1995). Polimer kitosan memiliki gugus fungsional yang memungkinkan untuk

dimodifikasi, yaitu 1 gugus amino (NH2) dan 2 gugus hidroksil (OH) dalam setiap

unit ulangnya. Struktur kitin dan kitosan dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 2. Struktur kitin (kiri) dan kitosan (kanan) (Kaban, 2009)

Beberapa proses derivatisasi dapat berlangsung melalui gugus ini dengan

beberapa cara, yaitu proses substitusi (O-N karboksilasi, substitusi enzimatik,

pembentukan basa schiff dan khelasi logam), proses perpanjangan rantai

(kopolimerisasi cangkok dan crosslink) serta proses depolimerisasi, baik secara

kimia, fisika maupun enzimatik. Beberapa jenis reaksi modifikasi kimia dari

kitosan untuk menghasilkan turunan kitosan dapat dilihat pada Gambar 3.


commit to user

9

Gambar 3. Skema modifikasi kimia dari kitosan (Kaban, 2009)

3. Kitosan-vanilin sebagai Membran Polimer Elektrolit

Keberadaan gugus amino bebas pada kitosan merupakan hal yang

penting karena bersifat nukleofilik yang reaktif. Salah satu proses derivatisasi

melalui gugus amino adalah pembentukan basa Schiff atau imina (Kenawy et al.,

2005). Senyawa ini diperoleh sebagai hasil reaksi antara kitosan dengan aldehid

atau keton. Imina yang stabil diperoleh dari reaksi antara amina primer dengan

aldehid aromatik seperi benzaldehid maupun arilamina.

Modifikasi kitosan dengan pembentukan basa Schiff telah dilakukan oleh

beberapa peneliti. Sintesis basa Schiff dari kitosan dan turunan salisilaldehid

dilakukan oleh Santos et al. (2005). Keenam reaksi antara kitosan dengan turunan

salisilaldehid yang berbeda menunjukkan serapan C=N dalam spektrum IR, yaitu


commit to user

10

pada rentang bilangan gelombang 1631,5 cm-1

sampai 1640,4 cm-1

. Modifikasi

kitosan dengan aldehid aromatik seperti vanilin menghasilkan senyawa turunan

kitosan berupa kitosan-vanilin (KV) (Wiyarsi, 2008).

Kitosan-vanilin (KV) adalah turunan kitosan yang memiliki gugus fenol

pada rantai sampingnya. KV dibuat dengan mereaksikan kitosan dengan vanilin.

Vanilin atau 4-hidroksi-3-metoksibenzaldehid merupakan senyawa aldehid

aromatis dengan bau harum yang khas dan banyak digunakan sebagai bahan

pemberi aroma vanila pada produk makanan, minuman, parfum, dan kosmetik.

Vanilin memiliki rumus molekul C8H803 dengan berat molekul 152,15 g/mol.

Kelarutan vanilin cukup tinggi dalam alkohol dan eter, sedangkan dalam air

kelarutannya sebesar 1 g/100 mL. Struktur vanilin dapat dilihat pada Gambar 4.

Gambar 4. Struktrur kimia vanilin (Wiyarsi,2008)

Vanilin memiliki 3 gugus fungsional, yaitu gugus aldehid, gugus eter dan

gugus fenol, sehingga memungkinkan untuk mengalami tranformasi atau

perubahan menjadi gugus lain. Vanilin termasuk senyawa karbonil aromatis yang

dapat mengalami reaksi adisi nukleofilik pada atom C. Adanya gugus karbonil

(C=O) pada struktur vanilin memungkinkan untuk diserang oleh gugus amino

(NH2) kitosan yang bersifat nukleofilik. Amina primer merupakan nukleofil yang

baik karena tidak adanya gangguan sterik. Nukleofil ini dapat menyerang gugus

karbonil pada aldehid dan membentuk imina, suatu senyawa yang mengandung

gugusan C=N. Imina tersubstitusi yang terbentuk dari amina primer dengan

aldehid aromatik, seperti vanilin, merupakan produk yang stabil dan disebut basa

Schiff. Gambar 5 menunjukkan reaksi adisi amina pada aldehid dalam sintesis

kitosan-vanilin.


commit to user

11

Gambar 5. Sintesis kitosan-vanilin (Wiyarsi, 2008)

Keberadaan gugus fenolik mengakibatkan polimer lebih bersifat asam

dan mudah melepas ion H+. Kemudahan polimer untuk melepaskan ion H

+

mengakibatkan peningkatkan sifat konduktifitas ioniknya dan menyebabkan

polimer kitosan vanilin bermuatan negatif. Sifat konduktifitas ionik yang

disumbangkan oleh gugus fenolik memungkinkan pengaplikasian kitosan-vanilin

sebagai polimer penukar kation.

4. Polivinil Alkohol (PVA)

Pembuatan membran dari polimer alam terkendala akan sifat fisik

membran yang dihasilksn. Membran dari polimer alam seperti kitosan memiliki

nilai kuat tarik yang besar namun tingkat elastisitas membran rendah atau kaku.

Elastisitas membran yang rendah akan menyebabkan membran sulit dibentuk dan

getas atau mudah patah. Penggunaan senyawa pemlastis atau plasticizer dapat

meningkatkan elastisitas membran sehingga membran lebih mudah dibentuk (Mat

and Liong, 2009).

Plasticizer merupakan bahan adiktif yang ditambahkan dalam suatu

polimer untuk mengurangi sifat kekakuannya. Penambahan plasticizer akan

mengurangi gaya antar molekul sehingga rantai polimer lebih mudah bergerak,

akibatnya bahan yang tadi kaku akan memnjadi lembut (Arsyad, 2008).

Plasticizer digunakan dalam pembentukan membran untuk mengurangi

kerapuhan, meningkatkan kekuatan dan elastisitas (Mundala, 2010).


commit to user

12

Jika pemlastis dengan polimer sudah mampu membentuk suatu campuran

homogen selama dan setelah proses terjadi, pemlastis akan tetap berada dalam

senyawa itu baik pada saat pendinginan, penurunan temperatur. Tingkat

homogenitas yang tinggi pada senyawa yang terbentuk dapat dicapai jika

mempunyai polaritas yang relatif sama antara pemlastis dengan polimer

(O’Rourke, 2007). Plasticizer yang sering digunakan yaitu asam palmitat, asam

laurat, dioktil ftalat (DOP), dioktil adipat (DOA), polietilen glikol (PEG), dan

polivinil alkohol (PVA) (Nirwana, 2001).

Poli(vinil alkohol) (PVA) merupakan salah satu jenis polimer hidrofilik

yang tidak beracun, tidak larut dalam air, dan larut dalam panas > 80 oC pada

batas konsentrasi < 20% (b/v). Poli(vinil alkohol) mempunyai rumus molekul

monomer [ CH2-CH(OH)-]n. Struktur PVA ditunjukan pada Gambar 6. PVA yang

dipolimerisasi dengan cara pemanasan akan menghasilkan gel yang bila

dikeringkan pada suhu kamar menghasilkan film transparan. Namun demikian

film ini dapat mengembang kembali dalam air berupa gel yang rapuh.

Gambar 6. Struktur kimia polivinil alkohol (PVA) (Saxena,2004)

Penggunaan PVA dalam pembuatan membran telah dilakukan oleh Binsu

et al. (2006) dan Mat and Liong (2009). Penelitian keduanya menunjukan

kompabilitas PVA dan kitosan. Hal ini dikarenakan PVA memiliki banyak gugus

hidroksi sehingga polaritas PVA hampir sama dengan kitosan.

5. Lempung dalam Membran Komposit Elektrolit

Peningkatan sifat-sifat membran polimer elektrolit seperti konduktifitas,

kapasitas tukar kation (KTK), stabilitas termal, dan derajat pengembangan atau

swelling degre (SD) dapat dilakukan dengan penambahan bahan pengisi (filler)


commit to user

13

anorganik seperti TiO2, SiO2, CaO, zeolit, dan montmorilonit (Dewi, 2007).

Penambahan filler anorganik ke dalam membran polimer elektrolit akan

menghasilkan komposit. Komposit adalah perpaduan dari bahan yang dipilih

berdasarkan kombinasi sifat fisik masing-masing material penyusun untuk

menghasilkan material baru dengan sifat yang unik dibandingkan sifat material

dasar sebelum dicampur dan terjadi ikatan permukaan antara masing-masing

material penyusun (Pramono, 2008).

Pemakaian TiO2 sebagai filler dilakukan oleh Akay (2008). Hasil

penelitian menunjukan pemakaian TiO2 dapat meningkatkan konduktivitas,

stabilitas membran dan menurunkan swelling degre membran. Stabilitas termal

membran dapat mencapai 120-140 oC. Adjemian et al. (2002) dan Kim et al.

(2006) menggunakan SiO2 sebagai filler. Penggunaan SiO2 meningkatkan

konduktivitas, stabilitas membran dan menurunkan permeabilitas air dan etanol.

Membran komposit mempunyai stabilitas termal 130 oC. sedangkan penggunaan

CaO dilakukan oleh Mat and Liong (2009) dan penggunaam zeolit dilakukan oleh

Laomongkonnimit dan Soontarapa (2007). Penggunaan CaO efektif mengurangi

swelling degre membran namun kurang efektif untuk meningkatkan KTK

membran. Penambahan zeolit dapat meningkatkan KTK dan stabilitas termal

membran namun menurunkan kuat tarik membran.

Penggunaan montmorilonit sebagai filler dalam pembuatan membran

komposit dilakukan oleh Tan et al. (2001) dan Wang et al. (2005). Hasil

penelitian keduanya menunjukan semakin basar montmorilonit yang digunakan

akan meningkatkan stabilitas termal, KTK membran dan menurunkan swelling

degre membran. Penambahan montmorilonit 2,5-10% dari berat total mampu

meningkatkan stabilitas membran 10-30 oC. Montmorilonit dapat meningkatkan

KTK membran dikarenakan montmorilonit mempunyai karakteristik bermuatan

negatif pada permukaan strukturnya.

Montmorilonit merupakan mineral yang banyak terkandung dalam

bentonit. Bentonit adalah nama perdagangan sejenis lempung yang banyak

terdapat di Indonesia salah satunya di kecamatan Wonosegoro, Boyolali

(Lumingkewas, 2009). Lempung didefinisikan sebagai mineral alam dari keluarga


commit to user

14

silikat yang berbentuk kristal dengan struktur berlapis atau struktur dua

dimensional dan mempunyai ukuran partikel lebih kecil dari dua mikrometer,

bersifat liat saat basah dan keras saat kering. Di antara lapisan lempung terdapat

kation-kation yang berfungsi menyeimbangkan muatan negatif yang ada pada

bidang lapisnya. Kation-kation tersebut diantaranya adalah Na+, K

+, dan Ca

2+

(Wijaya et al., 2004 dan Brindley, 1979).

Berdasarkan perbandingan jumlah tetrahedral dan oktahedralnya, dikenal

tipe-tipe struktur mineral berlapis berikut:

a. Mineral tipe 1:1

Mineral tipe 1:1 yaitu mineral yang terdiri dari satu lapisan oktahedral

dan satu lapisan tetrahedral, misalnya kaolin dan haolisin.

b. Mineral tipe 2:1

Mineral tipe 2:1 yaitu mineral yang terdiri dari dua lapisan tetrahedral

dan satu lapisan oktahedral, misalnya montmorillonit dan illit.

c. Mineral tipe 2:2 atau 2:1:1

Mineral tipe 2:2 atau 2:1:1 yaitu mineral yang merupakan jenis 2:1

dengan satu lapis oktahedral tambahan yang tersusun selang-seling, misalnya

klorit (tipe 2:2) dan sepolit (tipe 2:1:1) (Tan, 2007).

Montmorillonit merupakan kelompok mineral filosilikat yang paling

banyak menarik perhatian. Hal ini disebabkan karena montmorillonit memiliki

kemampuan untuk mengembang serta kemampuan untuk diinterkalasi dengan

senyawa organik membentuk material komposit organik-anorganik. Interkalasi

merupakan suatu proses penyisipan atom-atom atau molekul-molekul ke dalam

antarlapis material berlapis dengan tidak merusak struktur lapisan tersebut

(Simpen, 2001). Interkalasi ke dalam antarlapis silikat lempung terjadi karena

interkalat (atom-atom atau molekul-molekul yang akan disisipkan) yang masuk

berupa kation atau ion bermuatan positif menggantikan kation-kation yang ada di

antara lapisan lempung seperti Na+, K

+ dan Ca

2+. Pemilaran smektit atau

montmorillonit dapat dilakukan dengan cara menginterkalasikan polimer

polikation seperti kitosan. Kitosan yang dilarutkan dalam asam asetat 1% akan

terprotonasi gugus aminonya menjadi bermuatan positif (-NH3+) sehingga dapat


commit to user

15

menggantikan ion-ion yang ada di ruang antar lapis montmorilonit (Monvisade

dan Punnama, 2009).

Semakin encer kitosan yang digunakan untuk interkalasi berarti karakter

kitosan sebagai agregat (bulk) semakin kecil sehingga akan lebih mudah untuk

membuka lapisan montmorilonit dan keberadaannya di ruang antarlapis tidak

sebagai gumpalan akan tetapi terdispersi merata seperti film tipis. Berat molekul

(BM) kitosan yang semakin rendah maka kelarutan kitosan akan meningkat dan

agregatnya (bulk) akan semakin kecil. Kemudahan interkalasi kitosan ke dalam

ruang antarlapis montmorilonit juga dipengaruhi oleh suhu. Chang et al. (2008)

dalam El-Sherif dan El-Masry (2011) menyatakan bahwa peningkatan suhu akan

menurunkan basal spacing lempung yang disebabkan oleh penguapan molekul-

molekul kecil yang keluar dari ruang antarlapis lempung. Dengan demikian,

kitosan yang masuk ke dalam ruang antarlapis lempung dapat tercapai secara

maksimal. Penelitian Wijaya et al. (2002) menyatakan suhu optimum interkalasi

adalah 40 oC. Sedangkan penelitian Monvisade dan Punnama (2009), Wang et al.

(2005) menyatakan suhu optimum interkalasi adalah 60 oC.

Kitosan berfungsi sebagai pilar atau tiang antarlapis lempung (Simpen,

2001). Pilar-pilar yang terbentuk berfungsi sebagai pengikat antarlapis alumina

silikat lempung sehingga struktur lempung menjadi lebih kuat dan relatif lebih

tahan terhadap perlakuan panas dibandingkan dengan lempung tanpa terpilar yang

dapat mengalami kerusakan struktur di atas temperatur 200 oC.

Ada 3 tipe dari komposit yang mungkin terbentuk dari proses interkalasi

yaitu :

a. Intercalated nanocomposites

Intercalated nanokomposites yaitu pemasukan polimer matrik ke dalam

lapisan silikat terjadi secara teratur membentuk pola tertentu dalam peningkatan

basal spacing antar lapisan silika. Intercalated nanokomposites biasanya

terinterkalasi oleh beberapa lapisan molekul dari polimer.

b. Flocculated nanocomposites

Flocculated nanocomposite secara konseptual sama dengan intercalated

nanokomposites . Bagaimanapun, kadang lapisan silikat mengalami flokulasi antar


commit to user

16

lapisan silikat satu dengan yang lainya terkait dengan terhidroksilasinya tepi-tepi

dari lapisan silikat.

c. Exfoliated nanocomposites

Exfoliated nanocomposites apabila lapisan silika terpisah secara sendiri-

sendiri pada matrik polimer secara terus-menerus dengan rata-rata jarak

pemisahan tergantung dari kapasitas lempung (Ray et al., 2007). Gambar 7

menunjukan ilustrasi secara kimia dari tipe komposit yang mungkin terbentuk

dari proses interkalasi.

Gambar 7. Ilustrasi secara kimia dari tipe komposit yang mungkin terbentuk dari

proses interkalasi (Ray et al., 2007)

6. Karakterisasi Membran Polimer Elektrolit

Karakterisasi membran polimer yang dihasilkan meliputi karakterisasi

gugus fungsi dengan spektroskopi infra merah (FT-IR), kristalinitas dan

interkalasi dengan spektroskopi difraksi sinar-x (XRD), ketahanan termal dengan

Thermogravimetric Analisis (TGA), dan homogenitas membran dengan

mikroskop digital.


commit to user

17

a. Spektroskopi Infra Merah (FT-IR)

Spektrum serapan inframerah suatu material mempunyai pola yang khas

sehingga memungkinkan untuk identifikasi material tersebut dan juga

menyingkap keberadaan gugus-gugus fungsional utama dalam struktur senyawa

yang diidentifikasi. Identifikasi gugus fungsi kitosan dan KV telah dilakukan oleh

Wiyarsi (2008). Gugus fungsi kitosan, vanilin, dan KV disajikan pada Tabel 1.

Tabel 1. Serapan FT-IR dari kitosan, vanilin, dan KV (Wiyarsi, 2008)

Jenis Vibrasi Kitosan Vanilin Derivat

Rentangan –CH 2885,3 2862,2 & 2746,4 2877,79

Rentangan –OH dan –NH 3440,8 3178,5(fenol) 3417,86

Vibrasi tekuk –NH 1596,9 - -

Rentangan C-O asimetri 1087,8 1026,1 1064,71

Rentangan C-OH (fenol) - 1265,2 1288,45

Rentangan C=O 1665 1666,4 -

Rentangan C=N - - 1643,35

Rentangan C=C aromatis - 1597,06 &

1519,9

1589,2 &

1512,1

Deformasi CH3 1380,2 1373,3 1365,6

Penelitian Mekhamer (2011) dan Wijaya et al. (2004) menunjukan

serapan FT-IR yang khas dari lempung. Serapan pada bilangan gelombang sekitar

3406 merupakan serapan rentangan gugus -OH yang tumpang tindih dengan

gugus –NH sedangkan serapan disekitar 1631 cm-1

merupakan OH bending pada

lempung. Serapan kuat disekitar 1043 cm-1

merupakan vibrasi Si-O streching dan

Si-O bending pada 468 cm-1

. Serapan Mg-O streching pada 522 cm-1

, Al-OH dan

Mg-Al-OH terlihat pada serapan lemah di sekitar 918 dan 883 cm-1

.

b. Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD)

Kristalinitas suatu bahan dapat ditentukan dengan spektroskopi sinar-x.

Material dengan kristalinitas tinggi akan menghasilkan difraktogram yang runcing

dengan intensitas yang tinggi. Polimer alam seperti kitosan, KV merupakan

material semikristalin karena menghasilkan difraktogram dengan puncak melebar.

Difraktogram kitosan menunjukan tiga puncak nyata yaitu puncak pada 2θ = 10,5

dan puncak pada 2θ = 20,1 yang merupakan puncak karakteristik dari kristal

kitosan dan puncak kecil pada 2θ = 22,3. Difraktogram KV juga menunjukan


commit to user

18

puncak yang berbeda dengan kitosan. Puncak pertama pada 2θ = 13

mengidikasikan danya vanilin. Puncak utama terdapat pada 2θ = 20,3 yang

merupakan puncak karakteristik kitosan yang lebih melebar (Wiyarsi, 2008).

Puncak karakteristik dari montmorilonit ditunjukan dengan adanya puncak dengan

intensitas tinggi pada 2θ dibawah 10 dengan harga d 12,3 Å (El-Sherif and El-

Masry, 2011).

Proses interkalasi kitosan ke dalam lempung dapat diamati dari

peningkatan jarak antar lapis (basal spacing) lempung dan bergesernya puncak

utama lempung ke kiri (2θ lebih kecil). Penelitian El-Sherif dan Mansour (2011)

menunjukan proses interkalasi kitosan ke dalam ruang aantar lapis lempung

menambah nilai basal spacing menjadi 13,1 Å sampai 14 Å pada 2θ = 6,3.

Sedangkan penelitian Monvisade and Siriphannon (2009) menunjukan proses

interkalasi meningkatkan basal spacing menjadi 13,6 Å dan 22,5 Å pada 2θ = 6,6.

Peningkatan basal spacing menjadi 13,6 Å diperkirakan kitosan terinterkalasi

dalam bentuk monolayer sedangkan peningkatan basal spacing hingga 22,5 Å

menunjukan kitosan dalam bentuk bilayer.

c. Thermogravimetric Analisys (TGA)

Teknik-teknik yang dicakup dalam metode analisis termal adalah analisis

termogravimetri (Thermogravimetric Analisis), yang didasari pada perubahan

massa akibat pemanasan. Suhu degradasi ditandai dengan perubahan bentuk kurva

termogram secara tajam. Penelitian Wiyarsi (2008) menunjukan stabilitas termal

kitosan dan KV yang hampir sama. Termogram kitosan dan KV menunjukan

perubahan massa pada suhu 60-100 oC yang menunjukan hilangnya molekul air.

Perubahan kedua terjadi pada suhu 250-325 oC untuk kitosan dan 250-300

oC

untuk KV menunjukan hilangnya gugus asetil dan gugus amino yang tidak

tersubstitusi. Perubahan ketiga KV pada suhu 300-350 menunjukan hilangnya

gugus vanilin. Daerah perubahan pada suhu lebih dari 350 oC merupakan

degradasi dan pemutusan rantai polimer kitosan atau KV menjadi monomernya.

Sedangkan suhu degradasi PVA terjadi pada suhu 230 oC (Samal et al., 2009) dan

degradasi lempung terjadi pada suhu diatas 400 oC (Wang et al., 2005).


commit to user

19

d. Mikroskop Digital

Homogenitas atau morfologi permukaan membran dapat diamati

menggunakan mikroskop digital. Mikroskop digital dengan kemampuan

pembesaran hingga 1000 kali mampu menghasilkan gambar dengan resolusi

tinggi dari suatu permukaan sampel. Penggunaan PVA dalam pembuatan

membran kitosan menghasilkan membran yang homogen. Sedangkan

penambahan oksida akan menghasilkan membran dengan persebaran oksida yang

tidak merata pada membran (Mat and Liong, 2009).

B. Kerangka Pemikiran

Faktor penting dalam pemilihan polimer sebagai bahan untuk membuat

membran poilmer elektrolit adalah kemampuan menghantarkan proton dan

stabilitas termal polimer. Polimer haruslah bermuatan negatif dan stabilitas

termalnya tinggi (diatas 100 oC). Polimer alam seperti kitosan memiliki stabilitas

termal yang tinggi yaitu sekitar 220 oC, namun kitosan tidak bermuatan.

Modifikasi pada polimer tersebut perlu dilakukan agar menghasilkan material

yang bermuatan sehingga dapat digunakan sebagai membran polimer elektrolit.

Modifikasi kitosan menjadi kitosan-vanilin (KV) akan menyebabkan kitosan

memiliki gugus fenolik pada rantai sampingnya. Gugus fenolik membuat kitosan-

vanilin menjadi lebih bersifat asam sehingga mudah melepas ion H+. Lepasnya

ion H+ menyebabkan gugus fenolik pada kitosan-vanilin bermuatan negatif

sehingga dapat digunakan untuk pembuatan membran polimer elektrolit.

Keberhasilan modifikasi kitosan menjadi kitosan-vanilin dapat diketahui dengan

terbentuknya gugus imina (C=N) dimana gugus ini akan memberikan serapan

pada bilangan gelombang sekitar 1640 cm-1

pada spektra IR. Selain itu,

modifikasi kitosan menjadi kitosan-vanilin akan meningkatkan nilai kapasitas

tukar kation (KTK) kitosan yang dapat diketahui dengan metode titrasi.

Peningkatan sifat-sifat membran polimer elektrolit seperti konduktifitas,

kapasitas tukar kation (KTK), stabilitas termal, dan derajat pengembangan atau

swelling degre (SD) dapat dilakukan dengan penambahan bahan pengisi (filler)

anorganik seperti oksida. Oksida yang memiliki muatan negatif pada


commit to user

20

permukaannya akan memberikan nilai lebih pada kapasitas tukar kation membran.

Oksida dengan karakteristik diatas adalah montmorilonit. Montmorilonit banyak

terkandung dalam lempung yang terdapat di daerah Wonosegoro. Lempung

memiliki sifat yang mudah mengembang dan kation-kation yang ada di ruang

antarlapis lempung dapat dipertukarkan. KV yang dilarutkan dalam asam asetat

akan terprotonasi gugus aminonya menjadi bermuatan positif (NH3+) sehingga

dapat digunakan untuk menggantikan kation-kation dalam ruang antarlapis

lempung melalui proses interkalasi. Penyisipan KV ke dalam ruang antarlapis

lempung akan menyebabkan lempung terpilarisasi. Lempung terpilarisasi

memiliki ketahanan termal yang lebih tinggi dikarenakan KV yang terinterkalasi

ke dalam ruang antarlapis lempung akan membantu mempertahankan struktur

lempung sehingga tidak mudah rusak oleh pemanasan. Selain itu, masuknya KV

ke dalam ruang antarlapis lempung akan mengurangi ikatan hidrogen yang terjadi

antara gugus hidroksi KV dengan gugus hidroksi PVA sehingga kapasitas tukar

kationnya juga meningkat.

Proses interkalasi KV ke dalam ruang antarlapis lempung dapat

ditingkatkan dengan peningkatan suhu interkalasi. Peningkatan suhu interkalasi

akan mempercepat penguapan molekul-molekul kecil keluar dari ruang antarlapis

lempung sehingga KV yang masuk ke dalam ruang antarlapis lempung lebih

banyak. Semakin banyak KV yang masuk ke dalam ruang antarlapis lempung

maka kapsitas tukar kation dan ketahanan termal akan semakin meningkat

dikarenakan ikatan hidrogen KV dengan PVA akan semakin berkurang dan agen

pemilar lempung semakin banyak. Keberhasilan proses interklasi KV ke dalam

ruang antarlapis lempung dapat diketahui dari analisa XRD. Proses interkalasi

akan menggeser puncak lempung pada 2θ sekitar 6o ke kiri atau ke arah 2θ yang

lebih kecil. Pilarisasi yang terjadi akan meningkatkan KTK dan stabilitas termal

membran sehingga dapat diaplikasikan sebagai membran polimer elektrolit.

Peningkatan stabilitas termal membran dapat diketahui dengan

Thermogravimetric Analisis (TGA).


commit to user

21

C. Hipotesis

1. Penambahan vanilin dapat meningkatkan konduktivitas kitosan.

2. Penambahan lempung dapat meningkatkan ketahanan termal dan nilai

kapasitas tukar kation membran kitosan-vanilin.

3. Variasi suhu larutan cetak akan mempengaruhi nilai kapasitas tukar kation dan

ketahanan termal membran.


commit to user

22

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

A. Metode Penelitian

Metode penelitian yang digunakan dalam penelitian ini adalah metode

eksperimental di laboratorium. Penelitian ini secara garis besar meliputi

pembuatan resin kitosan-vanilin (KV), pembuatan membran komposit dengan

variasi jenis dan berat lempung serta variasi suhu larutan cetak. Selanjutnya sifat-

sifat membran komposit tersebut dianalisis.

B. Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di Laboratorium Kimia Dasar jurusan Kimia

FMIPA UNS dan Laboratorium Pusat Universitas Sebelas Maret Sub

Laboratorium Kimia yang dilakukan mulai bulan April 2011 sampai dengan

Desember 2011.

C. Alat dan Bahan yang Dibutuhkan

1. Alat

a. Spektrofotometer Infra Merah SHIMADZU IR Prestige-21

b. Spektrofotometer Difraksi Sinar-X SHIMADZU XRD-600

c. DTA-TGA Linseis STA PT-1600

d. Mikroskop digital Nikon Eclipse E-200

e. Seperangkat alat refluks

f. Seperangkat alat pencetak membran

g. Termometer

h. Oven

i. Neraca analitik AND GF-300

j. Hot plate

k. Blender elektrik merk Miyako

l. Ayakan 150 mesh

m. Lumpang porselin


commit to user

23

n. Penggerus porselin

o. Magnetig stirer

p. Peralatan gelas

2. Bahan

a. Kitosan dengan derajat deasetilasi (DD) 82% dari Breatachem

b. Lempung dari Kecamatan Wonosegoro, Boyolali

c. Polivinil Alkohol (PVA) dengan BM 72.000 (Merck)

d. Pyperidin p.a (Merck)

e. Asam asetat p.a (Merck)

f. NaOH p.a (Merck)

g. Etanol p.a (Merck)

h. HCl p.a (Merck)

i. NaCl p.a (Merck)

j. Indikator PP

k. akuades

D. Prosedur Penelitian

1. Persiapan Bahan

Kitosan diblender sampai halus kemudian disaring dengan ayakan 150

mesh. Kitosan yang lolos ayakan 150 mesh kemudian dikumpulkan dan disimpan

dalam flakon kaca dan ditutup rapat. Kitosan hasil ayakan akan digunakan dalam

proses deasetilasi.

Lempung dilarutkan dalam air kemudian disaring dengan kain. Larutan

koloid hasil saringan kemudian didiamkan semalam hingga mengendap. Setelah

terbentuk dua lapisan, lapisan atas yang berupa air dibuang hingga didapatkan

lempung dalam bentuk pasta. Pasta dioven pada temperatur 150 oC hingga kering.

Lempung yang sudah kering dihaluskan dengan lumpang porselin dan disaring

dengan ayakan 150 mesh.

2. Deasetilasi Kitosan


commit to user

24

Serbuk kitosan seberat 20 g dimasukan dalam labu alas bulat kemudian

ditambahkan larutan NaOH 60% (w/v) sebanyak 300 mL (perbandingan kitosan :

larutan NaOH = 1 : 15). Campuran kemudian direfluks selama 3 jam dengan suhu

120 oC. Setelah 3 jam, campuran disaring dan residu yang berupa padatan dicuci

dengan akuades sampai pH-nya netral. Endapan hasil penyaringan dikeringkan

dalam oven pada suhu 60 oC sampai kering. Kitosan yang diperoleh ditimbang

dan dikarakterisasi dengan FTIR.

3. Sintesis Kitosan-vanilin

Pembuatan resin kitosan-vanilin (KV) mengacu pada penelitaian yang

pernah dilakukan Wiyarsi (2008). Langkah pertama dalam derivatisasi kitosan

dengan vanilin adalah sebanyak 66,5 g vanilin dilarutkan dalam 285 mL etanol

absolut. Kemudian ditambahkan 19 g kitosan (perbandingan kitosan : vanilin = 1 :

3,5) dengan pengadukan dan ditambahkan 2 tetes larutan piperidin kedalam

larutan yang berfungsi sebagai katalis. Pengadukan dilakukan selama 48 jam pada

suhu kamar. Proses dilanjutkan dengan pengadukan pada suhu 80 oC selama 72

jam. Setelah itu, campuran disaring kemudian endapan dicuci dengan etanol

sampai bersih. Kitosan-vanilin yang diperoleh dioven pada suhu 60 oC sampai

kering. Hasil yang diperoleh di timbang dan dikarakterisasi dengan FTIR, XRD,

DTA-TGA, dan kapasitas penukar ionnya.

4. Pembuatan Komposit KV/PVA/Lempung

Sintesis membran komposit KV/PVA/lempung dilakukan dengan

menggunakan konsentrasi berat/berat (w/w). 0,025 g lempung ditambahkan

kedalam 49,25 g asam asetat kemudian diaduk selama 12 jam menggunakan

megnetik stirer. Setelah itu, 0,375 g kitosan-vanilin dan 0,35 g PVA ditambahkan

ke dalam campuran sehingga berat total campuran 50 g. Campuran kemudian

diaduk selama 12 jam pada temperatur kamar. Campuran dioven pada suhu 80 oC

selama 30 menit untuk melarutkan sisa-sisa PVA. Larutan kemudian dicetak

diatas plat kaca yang dilapisi plastik stiker dan dikeringkan pada suhu 60 oC

selama 6 jam. Langkah yang sama digunakan untuk variasi jenis dan penambahan


commit to user

25

berat lempung 0,05 g, 0,075 g, 0,1 g, dan 0,125 g. Sedangkan pembuatan

membran komposit dengan variasi suhu larutan cetak dilakukan dengan memilih

komposisi optimum membran kemudian pengembangan lempung dan pelarutan

polimer KV dan PVA dilakukan variasi suhu 40 oC, 50

oC, dan 60

oC.

5. Analisis Kapasitas Tukar Kation (KTK)

Resin KV seberat 0,25 gram ditambahkan 50 mL akuades kemudian

dimasukkan ke dalam oven dipasanaskan pada suhu 60 oC selama 1 jam.

Kemudian ditambahkan 50 mL natrium klorida 0,5 M dan didiamkan selama 1

malam. Larutan campuran diambil sebanyak 10 mL kemudian ditambahkan

indikator phenol phtalen (PP) 2 tetes dilanjutkan dengan titrasi menggunakan

natrium hidroksida 0,005 M hingga warna larutan berubah dari jernih menjadi

pink dan dicatat volume natrium hidroksida yang dibutuhkan.

Penentuan KTK membran hampir sama dengan metode yang dilakukan

untuk penentuan KTK resin. Membran dengan ukuran 2 x 2 cm ditimbang dan

dicatat beratnya. Membran dimasukan dalam erlenmeyer dan ditambahkan 50 mL

akuades kemudian dioven pada suhu 60 oC selama satu jam. Larutan NaCl 1 M

sebanyak 50 mL ditambahkan ke dalam erlenmeyer dan didiamkan semalam.

Larutan kemudian diambil 10 mL dan dititrasi dengan larutan NaOH 0,005 M.

6. Analisis Derajat Pengembangan Membran (swelling degre)

Swelling degre (SD) membran ditentukan dengan menimbang membran

dengan ukuran 2 x 2 cm sebagai berat kering kemudian membran direndam

dalam 50 mL akuades selama 24 jam. Akuades yang menempel dipermukaan

membran dibersihkan dengan tisu kemudian membran ditimbang sebagai berat

basah. Nilai SD membran ditentukan sebagai persen (%) perbandingan membran

berat kering dengan berat membran basah.


commit to user

26

7. Analisis Spektrofotometer Difraksi Sinar-X (XRD)

Karakterisasi kristalinitas dan interaksi mikroskopis dilakukan dengan

metode difraksi sinar–X menggunakan XRD-600 SHINADZU dengan radiasi dari

Kα Cu, voltage 40 kV. Pengukuran dilakukan pada range 2θ 3o - 70

o.

8. Analisis Spektrofotometer Infra Merah (FT-IR)

Analisis gugus fungsi dilakukan dengan menganalisis spektra FT-IR

yang diperoleh dari pengukuran menggunakan alat IRPrestige-21 SHIMADZU

dengan plat KBr. Range bilangan gelombang dari 4000-370 cm-1

dengan resolusi

4 cm-1

.

9. Analisis Stabilitas Termal Membran

Stabilitas termal membran komposit dan membran kitosan-vanilin

dianalisa menggunakan alat Linseis STA PT-1600. Pemanasan dilakukan pada

suhu 30-700 oC dengan kecepatan pemanasan 20

oC per menit pada atmosfer

udara dan reference Al2O3.

10. Analisis Morfologi Permukaan Membran

Morfologi permukaan membran dianalisis menggunakan mikroskop

digital Nikon Eclipse E 200 dengan pembesaran 1000 kali.

E. Teknik Pengumpulan dan Analisis Data

1. Penentuan Derajat Deasetilasi (DD) Kitosan

Derajat deasetilasi kitosan ditentukan berdasarkan karakter spektra IR.

Derajat deasetilasi kitosan diperoleh dari perbandingan absorbansi puncak pada

daerah serapan sekitar 1650 cm-1

yang merupakan serapan gugus karbonil dan

absorbansi puncak serapan sekitar 3450 cm-1

yang merupakan serapan hidroksil

sebagai standar internal atau puncak referensi dari metode spektroskopi IR.

Semakin besar derajat deasetilasi kitosan, intensitas serapan pada daerah sekitar

1650 cm-1

yang menunjukan C=Ostreching semakin menurun, sedangkan intensitas


commit to user

27

serapan pada daerah sekitar 1596 cm-1

yang menunjukan amina primer (-NH2)

semakin meningkat.

2. Penentuan Komposisi Optimum Membran

Kapasitas tukar kation (KTK) membran ditentukan dengan metode titrasi.

Dari proses titrasi diperoleh jumlah NaOH yang dibutuhkan untuk titrasi.

Membran dengan KTK optimum adalah membran yang mampu menukarkan

kation tertinggi. Kondisi optimum KTK membran ditunjukan oleh jumlah NaOH

yang dibutuhkan untuk titrasi per satuan berat membran. Semakin banyak NaOH

yang diperlukan maka nilai KTK membran akan semakin tinggi. Membran

dengan nilai KTK tertinggi diambil sebagai membran dengan komposisi optimum.

3. Penentuan Derajat Pengembangan Membran (swelling degre)

Swelling degre (SD) membran ditentukan dengan perendaman membran

dalam akuades selama 24 jam. Dari proses ini akan diperoleh data berupa berat

basah membran. Nilai SD membran diperoleh dari perbandingan selisih berat

awal membran dan berat membran setelah dilakukan perendaman dengan berat

awal membran. Membran dengan nilai SD optimum ditunjukan oleh membran

dengan nilai SD paling kecil.

4. Analisis Spektroskopi Infra Merah (FT-IR)

Spektrofotometer infra merah (FT-IR) dapat digunakan untuk

menentukan gugus fungsi suatau senyawa dan melihat interaksi antara senyawa

penyusun membran. Data IR meliputi gugus-gugus pada mineral lempung dan

polimer kitosan, PVA, dan KV. Gugus fungsi suatu senyawa akan memberikan

serapan-serapan karakteristik pada bilangan gelombang tertentu. Penurunan

intensitas pada serapan tertentu dan munculnya serapan baru mengindikasikan

adanya ikatan baru. Keberhasilan terbebentuknya KV ditunjukan munculnya

serapan baru pada bilaangan gelombang sekitar 1640 cm-1

yang merupakan

serapan karakteristik dari basa Schiff (C=N).


commit to user

28

5. Analisis Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD)

Spektrofotometer difraksi sinar-x dapat digunakan untuk menentukan

kristalinitas dan interaksi senyawa penyusun membran. Analisis XRD akan

memberikan difraktogram yang menunjukan puncak-puncak pada 2θ tertentu.

Selain itu, dari data XRD akan diperoleh jarak antar atom (d). Semakin runcing

dan tinggi intensitas puncak yang dihasilakan maka kristalinitasnya akan semakin

tinggi. Interaksi antara lempung dan KV dapat diamati perubahan jarak antar lapis

lempung pada 2θ dibawah 6o. Semakin tinggi perubahan jarak antar lapis lempung

maka KV yang masuk diantara ruang antar lapis lempung semakin banyak.

6. Analisis Stabilitas Termal Membran

Stabilitas termal membran ditentukan dengan metode Thermogravimetric

Analysis (TGA). Data termogram menunjukan berkurangnya massa akibat

pemanasan. Perubahan stabilitas termal dilihat dengan membandingkan

termogram masing-masing membran.

7. Analisis Homogenitas Permukaan Membran

Homogenitas permukaan membran ditentukan dengan mikroskop digital.

Data foto mikrografi berupa gambar dengan pembesaran tertentu yang

menunjukan homogenitas permukaan membran. Semakin homogen pencampuran

bahan, maka persebaran lempung dalam membran semakin merata.


commit to user

29

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

A. Karakterisasi Kitosan

Kitosan yang digunakan dalam penelitian ini memiliki derajat deasetilasi

(DD) sebesar 82%. Secara fisik kitosan ini berupa serbuk berwarna putih. Untuk

mengetahui serapan karakteristik dari kitosan ini dilakukan analisa menggunakan

spektroskopi FT-IR. Spektrum FT-IR (Gambar 8) digunakan untuk

mengidentifikasi gugus-gugus fungsionalnya. Serapan karakteristik kitosan

terdapat pada bilangan gelombang 3444,8 cm-1

yang menunjukan vibrasi

rentangan –OH yang tumpang tindih dengan rentangan –NH. Serapan pada 2885,5

cm-1

menunjukan adanya vibrasi rentangan dari –CH. Sedangkan vibrasi tekuk –

CH muncul pada bilangan gelombang 1381 cm-1

. Vibrasi tekuk –NH terlihat pada

bilangan gelombang 1595, 1 cm-1

. Vibrasi rentangan C-O yang merupakan salah

satu karakteristik polisakarida muncul pada bilangan gelombang 1082 cm-1

.

Serapan pada daerah 1650 cm-1

menunjukan adanya rentangan gugus karbonil

amida (R-NH-C=O). Dari spektra FT-IR terlihat serapan pada daerah ini semakin

lemah yang menandakan sebagian besar gugus amida telah berubah menjadi

amina. Pengubahan gugus amida menjadi amino dinamakan deasetilasi.

Atom N pada gugus amino yang bersifat polikationik ini diduga dapat

digunakan sebagai transfer proton. Sifat polikationik kitosan dikarenakan adanya

pasangan elektron bebas (lone pair elektron) pada atom N gugus amino yang

dapat menarik ion H+ mementuk gugus –NH3

+. Adanya ion H

+ yang dapat

dipertukarkan membuat kitosan dapat digunakan sebagai polimer elektrolit.

Namun analisis kapsitas tukar kation (KTK) menunjukan KTK kitosan masih

kecil, hampir mendekati nol. Velasques et al. (2005) menyatakan pembentukan

gugus polikationik (-NH3) terjadi saat kitosan dilarutkan dalam suatu asam lemah

sedangkan dalam keadaan netral gugus amino kitosan tetap berupa NH2. Selain

itu, adanya ikatan hidrogen antara gugus amino dan hidroksil baik secara

intermolekuler atau intramolekuler mempersulit terjadinya pertukaran ion H+

(Kaban, 2009).


commit to user

30

Gambar 8. Spektrum FT-IR kitosan

Derajat Deasetilasi (DD) kitosan dapat ditentukan berdasarkan spektrum

FT-IR dengan metode base line. Pada penelitian ini, penentuan DD dilakukan

dengan metode base line b yang diusulkan oleh Baxter et al. (Khan,2002).

Berdasarkan perhitungan, DD kitosan yang dihasilkan dari proses deasetilasi

kitosan sebesar 82 %. DD kitosan tidak meningkat secara signifikan dikarenakan

proses deasetilasi yang dilakukan hanya satu tahap walaupun menggunakan

konsentrasi NaOH yang tinggi dan waktu yang lama. Perlakuan NaOH secara

bertahap dengan regenerasi NaOH pada tiap tahap secara signifikan meningkatkan

derajat deasetilasi kitosan yang diperoleh. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian

yang dilakukan Junaidi (2008). Kitosan dengan derajat deasetilasi besar

menunjukan semakin banyaknya gugus asetil kitin yang diubah menjadi gugus

amino.


commit to user

31

Gambar 9. Deasetilassi kitosan dengan basa kuat (Wiyarsi,2008)

Gugus amino kitosan merupakan salah satu gugus fungsional dalam

modifikasi kitosan menjadi kitosan-vanilin (KV). Gugus amino kitosan yang

bersifat nukleofilik berperan penting dalam pembentukan basa Schiff atau imina

dengan gugus karbonil (C=O) vanilin yang merupakan suatu senyawa aldehid.

Jumlah gugus amino kitosan berbanding lurus dengan jumlah vanilin yang dapat

disubstitusikan ke dalam rantai polimer kitosan. Kitosan dengan jumlah gugus

amino yang besar diharapkan dapat disubstitusi dengan vanilin dalam jumlah yang

besar. Semakin banyak vanilin yang tersubstitusi ke dalam kitosan maka semakin

tinggi kapasitas KTK dan rendemen kitosan-vanilin yang dihasilkan.

Parameter penting dari kitosan selain DD adalah berat molekul kitosan.

Pada penelitian ini, berat molekul kitosan ditentukan dengan cara yang paling

sederhana yaitu secara viskometri. Berdasarkan perhitungan, berat molekul

kitosan dalam penelitian ini sebesar 5,226 x103 kDa.

B. Karakterisasi Lempung

Mineral lempung yang digunakan adalah mineral lempung alam yang

diperoleh dari Wonosegoro kabupaten Boyolali. Lempung yang digunakan ada 2

macam yaitu lempung yang secara fisik berwarna coklat muda dan abu-abu.

Lempung coklat diambil pada kedalaman sekitar 5 m sedangkan lempung abu-abu

diambil pada kedalaman sekitar 10 m. Selain warna, perbedaan lempung coklat

HN C CH3

O

+ OHHN C CH3

O

O

H

H2N C CH3

O

O

NH2 + H3C C

O

O

=

OH

H

H

H

OH

CH2OH

HO

Kitin

Kitosan


commit to user

32

dan abu-abu juga terlihat dari sifat mengembang (swelling) dalam air dan KTK.

Lempung coklat lebih mengembang dalam air dan memiliki KTK lebih besar dari

lempung abu-abu yaitu sebesar 2,13 meq/g (mili-equivalen per gram) sedangkan

kapasitas tukar kation lempung abu-abu sebesar 1,04 meq/g. Karakterisasi

lempung awal dilakukan dengan spektroskopi difraksi sinar-X. Difraktogram

lempung coklat dan abu-abu ditunjukan pada Gambar 10.

Gambar 10. Difraktogram lempung coklat (a) dan lempung abu-abu (b)

Karakterisasi lempung awal menggunakan spektroskopi XRD

menunjukan perbedaan difraktogram antara lempung coklat dan abu-abu (Gambar

10). Tiga puncak utama lempung coklat terdapat pada 2θ 26,8764o; 5,9800

o;

5,6800o dengan harga d secara berturut-turut 3,31459 Å; 14,76755 Å; dan

15,54687 Å. Puncak utama lempung abu-abu terdapat pada 2θ 26,8765o;

28,0400o; 21,0819

o dengan harga d sebesar 3,31458 Å; 3,17963 Å; dan 4,21071

Å. Puncak pada 2θ 5o-6

o dengan harga d 12,3 Å-17,7Å menunjukan puncak

karakteristik dari mineral montmorilonit. Puncak karakteristik dari montmorilonit

juga ditemukan pada lempung abu-abu namun intensitasnya kecil. Data diatas

menunjukan bahwa lempung coklat memiliki kandungan montmorilonit yang

lebih besar dibanding lempung abu-abu sehingga lempung coklat lebih

mengembang saat direndam dengan air. Hal ini sesuai dengan penelitian yang

dilakukan Lumingkewas (2009) dan Yulianto (2011).


commit to user

33

C. Sintesis Kitosan-vanilin

Pemanfaatan kitosan sebagai membran polimer elektrolit belum banyak

dilakukan dikarenakan terkendala oleh KTK kitosan yang kecil. Modifikasi

kitosan merupakan salah satu cara meningkatkan KTK kitosan. Penelitian ini

memanfaatkan vanilin sebagai substituen yang akan digabungkan dengan rantai

kitosan. Substituen yang mengandung gugus fenol diharapkan dapat

menghasilkan KTK yang lebih baik.

NH2 + CH

O

cepatNH2

CH

O

cepatNH

CH

OH

cepa t, H

NC

OH2

HHlambat, H2O

NC

HH

c epa t, - H

NC

H

OCH3

OH

= O

OH

CH2OH

O

O

n

=

Gambar 11. Reaksi pembentukan basa Schiff pada kitosan (Wiyarsi, 2008)

Modifikasi kitosan dilakukan dengan mereaksikan kitosan dengan vanilin.

Kitosan memiliki gugus amino yang dapat bertindak sebagai nukleofil yang

reaktif sehingga mudah dimodifikasi secara kimia. Reaksi kitosan dengan gugus

karbonil (C=O) vanilin akan membentuk suatu imina yang disebut basa Schiff.

Reaksi pembentukan imina merupakan suatu reaksi adisi-eliminasi, ditampilkan

pada Gambar 11.

Modifikasi kitosan dengan vanilin menghasilkan senyawa turunan kitosan

yaitu kitosan-vanilin (KV). Dalam penelitian ini dihasilkan KV yang berwarna

kuning kecoklatan sebesar 26,505 g dengan rendemen 31%. Perbedaan warna

dengan kitosan awal yang digunakan merupakan salah satu indikator keberhasilan


commit to user

34

dari pembuatan KV. Gambar 12 menunjukan perbedaan warna antara kitosan

dengan KV. Hal ini sesuai dengan penelitian Suhardi (1993) yang menyatakan

bahwa basa Schiff dari kitosan memberikan warna kuning kemerahan sampai

kecoklatan.

a b

Gambar 12. Kitosan (a) dan Kitosan-vanilin (b)

Keberhasilan sintesis KV selain dari warna, juga ditunjukan dengan

terbentuknya suatu imina (C=N) yang dapat diketahui dari analisis menggunakan

spektroskopi FT-IR. Spektrum FT-IR KV disajikankan pada Gambar 13.

Karekteristik ikatan pada basa Schiff atau imina adalah ikatan rangkap dua antara

atom nitrogen dengan atom karbon (C=N). Rentangan C=N pada imina

tersubtitusi muncul pada bilangan gelombang 1643,65 cm-1

(Wiyarsi, 2008).

Spektrum FT-IR hasil modifikasi kitosan dengan vanilin tersebut (Gambar 12)

muncul serapan C=N pada daerah 1637,56 cm-1

yang menandakan telah

terbentuknya imina. Rentangan –OH muncul di daerah 3433,29 cm-1

. Vibrasi

rentangan C=C aromatis ditunjukan pada serapan 1595,13 cm-1

dan 1516,05 cm-1

.

Vibrasi rentangan –CH muncul pada bilangan gelombang 2877,79 cm-1

,

sedangkan vibrasi rentangan C-O muncul pada bilangan gelombang 1026,13 cm-

1. Serapan karakteristik kitosan-vanilin yang lain adalah serapan pada bilangan

gelombang 1290,38 cm-1

yang menunjukan vibrasi rentangan C-OH fenol.

Perbedaan serapan yang karakteristik antar kitosan, vanilin, dan kitosan-vanilin

ditampilkan pada Tabel 2.


commit to user

35

Gambar 13. Spektrum FT-IR vanilin, kitosan, dan kitosan-vanilin

Tabel 2. Serapan FT-IR karakteristik kitosan, vanilin, dan kitosan-vanilin

Jenis Vibrasi Kitosan Vanilin KV KV*

Rentangan –CH 2885,5 2859, 6 2877,79 2877,79

Rentangan –OH dan –

NH

3444,8 3173,1

(fenol)

3433,29 3417,86

Vibrasi tekuk –NH 1595,1 - 1595,13 -

Rentangan C-O asimetri 1082,1 1024,5 1026,13 1064,71

Rentangan C-OH

(fenol)

- 1265,3 1290,38 1288,45

Rentangan C=O - 1665,6 - -

Rentangan C=N - - 1637,56 1643,35

Rentangan C=C

aromatis

- 1588,4 &

1509,3

1595,13 &

1516,05

1589,2 &

1512,1

Keterangan : * (Wiyarsi, 2008)


commit to user

36

Rendemen yang dihasilkan tidak terlalu besar dipengaruhi oleh derajat

deasetilasi dan berat molekul kitosan yang digunakan. Derajat deasetilasi yang

tidak terlalu besar menyebabkan gugus amino kitosan yang dapat disubstitusi

dengan gugus vanilin kurang optimal. Sedangkan berat molekul kitosan

berpengaruh pada kekompleksan kitosan dalam sistem. Kitosan dengan berat

molekul tinggi cenderung berbentuk gumpalan padat seperti tongkat (rod-like)

dan sistemnya cenderung penuh sesak (crowded) sehingga proses substitusi

vanilin kurang optimal.

Pengukuran berat molekul KV dilakukan sama seperti dalam pengukuran

berat molekul kitosan. Berat molekul kitosan-vanilin dari hasil perhitungan

sebesar 26,8 kDa. Berat molekul KV jauh lebih kecil dari kitosan awal

dikarenakan saat proses deasetilasi kitosan terjadi depolimerisasi kitosan.

Peningkatan temperatur reaksi saat proses deasetilasi berpengaruh signifikan

terhadap penurunan berat molekul kitosan yang dihasilkan, sedangkan konsentrasi

NaOH dan waktu reaksi tidak secara signifikan berpengaruh terhadap terjadinya

depolimerisasi kitosan (Junaidi, 2008).

Analisis kapasitas tukar kation KV menunjukan peningkatan KTK yang

signifikan dari kitosan awal. KTK KV sebesar 2,36 meq/g. Gugus fenol pada

rantai samping KV mengakibatkan polimer lebih bersifat asam dan mudah

melepaskan ion H+. Hal ini mengakibatkan peningkatan KTK KV dan

menyebabkan polimer KV bermuatan negatif. Muatan negatif pada ujung-ujung

gugus fenol KV dapat digunakan sebagai transfer proton dalam polimer elektrolit

sehingga KV dapat digunakan dalam pembuatan membran polimer elektrolit.

Pengujian stabilitas termal atau ketahanan terhadap panas dilakukan secara

Thermogravimetric Analysis (TGA). Termogram menunjukan perubahan massa

materi karena pemanasan. Termogram TGA KV disajikan pada Gambar 14.

Berdasarkan termogram tersebut, secara umum terbagi dalam lima daerah

degradasi. Daerah degradasi pertama pada suhu 60-140 oC merupakan proses

hilangnya air. Suhu 140-260 oC merupakan proses kehilangan vanilin bebas yang

tidak tersubstitusi pada kitosan. Daerah degradasi ketiga terjadi pada suhu 260-

350 oC menunjukan hilangnya gugus asetil kitin, gugus amino kitosan yang tidak


commit to user

37

tersubstitusi dan hilangnya gugus vanilin. Gugus asetil memiliki ikatan yang

lebih lemah sehingga mudah lepas, sementara gugus amino lebih reaktif dengan

ukuran molekul yang lebih kecil dibandingkan vanilin sehingga dimungkinkan

terlepas lebih awal. Sementara itu, hilangnya gugus vanilin terjadi pada suhu 300-

350 oC. Daerah degradasi keempat yaitu degradasi polimer menjadi homopolimer

atau monomer-monomer penyusunnya terjadi pada suhu 350-420 oC. Daerah

degradasi kelima pada suhu diatas 420-700 oC merupakan pemutusan rantai

karbon polimer menjadi arang. Hal ini sesuai dengan penelitian yang dilakukan

Wiyarsi (2008) tentang sintesis polimer KV dan Santos et al. (2005) yang meneliti

tentang stabilitas termal basa Schiff yang terbentuk dari reaksi kitosan dengan

berbagai senyawa turunan salisilaldehid.

Gambar 14. Termogram kitosan-vanilin

D. Membran Komposit KV/PVA/Lempung

Selain KTK membran, faktor yang penting dalam aplikasi membran

polimer elektrolit adalah stabilitas termal membran. Stabilitas termal membran

KV dapat ditingkatkan dengan penambahan oksida pada pembuatan komposit.

Oksida dengan karakteristik bermuatan negatif dapat meningkatkan stabilitas

termal dan KTK membran. Oksida yang digunakan dalam penelitian ini adalah


commit to user

38

lempung. Membran komposit KV/PVA/ lempung yang diperoleh dikarakterisasi

dengan mikroskop digital, XRD, FT-IR, TGA, KTK, dan swelling degre.

1. Analisis Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD)

Difraksi sinar X dapat digunakan untuk menganalisis kristalinitas suatu

material. Intensitas puncak menunjukan kristalinitas, semakin tinggi dan runcing

maka kristalinitas semakin tinggi. Sedangkan puncak yang melebar menunjukan

sifat amorf dari sampel. Gambar 15 menunjukan perbandingan difraktogram

lempung coklat (LC), lempung abu-abu (LA), membran kitosan-vanilin/polivinil

alkohol (KV/PVA), membran komposit Kitosan-vanilin/polivinil alkohol/lempung

coklat (KVLC), dan membran komposit kitosan-vanilin/polivinil alkohol/lempung

abu-abu (KVLA).

Gambar 15. Difraktogram membran KV/PVA (a), LC (b), LA (c), KVLC (d), dan

KVLA (e)

Lempung coklat dan lempung abu-abu menghasilkan difraktogram yang

memiliki puncak-puncak yang runcing. Hal ini mengindikasikan bahwa keduanya


commit to user

39

memiliki kristalinitas yang tinggi. Kristalinitas lempung yang tinggi dikarenakan

lempung tersusun dari mineral filosilikat yaitu struktur bangun yang terbentuk

dari lembaran tetrahedral silikon-oksigen dan lembaran oktahedral alumunium

atau magnesium oksigen yang menyebabkan keteraturan bidang atom-atom

penyusunnya. Sedangkan difraktogram membran KV/PVA menunjukan puncak

yang melebar. Kristalinitas KV dipengaruhi oleh kekuatan ikatan hidrogen

intermolekular dan intramolekular dalam rantai. Interaksi intramolekuler

menyebabkan keteraturan bidang molekul, sedangkan interaksi intermolekuler

menyebabkan keteraturan rantai polimer. Masuknya vanilin secara acak pada unit

ulang kitosan menurunkaan homogenitas struktur dan rantai kitosan. Vanilin yang

masuk secara acak akan membuat sistem menjadi semakin crowded sehingga

menurunkan keteraturan struktur rantai polimernya. Keteraturan rantai polimer

yang rendah akan menghasilkan struktur kristal yang bersifat amorf dengan

ditandai puncak melebar pada difraktogram. Difraktogram dari membran

komposit KVLC dan KVLA menunjukan puncak KV yang dominan pada 2θ

sekitar 19o-20

o, namun puncak-puncak dari lempung coklat yang memiliki

intensitas tinggi masih terlihat seperti puncak pada 2θ = 5,2611o dan 27,1533

o

untuk membran komposit KVLC. Puncak-puncak lempung coklat yang tetap

terlihat pada membran komposit KVLC dan pergeseran puncak yang kurang

signifikan pada 2θ sekitar 5o menandakan bahwa struktur lempung coklat tidak

mengalami perubahan dan interkalasi KV ke dalam ruang antarlapis lempung

coklat kurang optimal sehingga KV hanya berada pada permukaan lempung

coklat. Proses interkalasi KV yang kurang optimal dikarenakan berat molekul KV

yang cukup tinggi sehingga KV sulit masuk ke dalam ruang antarlapis lempung

coklat. Selain itu, muatan negatif pada gugus fenol KV menyebabkan terjadinya

gaya tolak-menolak dengan muatan negatif pada permukaan lempung coklat.

Sedangkan untuk membran komposit KVLA puncak-puncak awal lempung abu-

abu pada 2θ = 26,8765o dan 28,0400

o menghilang dan muncul puncak baru pada

2θ = 9,8950o. Hilangnya suatu puncak dan munculnya puncak lain menandakan

rusaknya struktur dari lempung abu-abu atau terjadi eksfoliasi.


commit to user

40

2. Analisis Spektroskopi FT-IR

Spektroskopi infra merah digunakan untuk mengidentifikasi gugus-gugus

fungsi dari lempung, membran KV/PVA dan membran komposit yang dihasilkan.

Spektrum FT-IR lempung coklat, lempung abu-abu, membran KV/PVA, dan

membran komposit dengan penambahan lempung coklat 0,125 g (KVLC 0,125)

disajikan pada Gambar 16.

Gambar 16. Spektrum FT-IR lempung coklat (a), lempung abu-abu (b), membran

KV/PVA (c), dan membran komposit KVLC 0,125 (d)

Spektrum FT-IR membran komposit KVLC 0,125 (Gambar 6d)

menunjukan puncak-puncak serapan yang hampir sama dengan puncak-puncak

serapan material penyusunnya yaitu lempung, KV, dan PVA. Serapan pada daerah


commit to user

41

3448 cm-1

merupakan serapan dari rentangan –OH yang tumpang tindih dengan

rentangan –NH. Rentangan –CH alifatik terlihat pada serapan 2939 cm-1

. Vibrasi

rentangan C=N ditunjukan pada serapan 1643 cm-1

sedangkan vibrasi tekuk –NH

terlihat pada serapan 1595 cm-1

. Serapan pada 1517 cm-1

merupakan serapan dari

deformasi protonasi dari gugus amino (-NH3+). Rentangan tekuk C-H terlihat pada

1433 cm-1

. Rentangan C-OH fenol ditunjukan pada puncak serapan 1288 cm-1

.

Serapan kuat pada 1045 cm-1

merupakan serapan rentangan Si-O-Si yang tumpang

tindih dengan rentangan C-O. Vibrasi tekuk Si-O terlihat pada pucak serapan 520

cm-1

dan 466 cm-1

. Serapan vibrasi rentangan Mg-O pada 522 cm-1

, Al-OH dan

Mg-Al-OH terlihat pada serapan lemah di sekitar 918 dan 883 cm-1

. Spektrum FT-

IR lempung coklat (Gambar 16a) dan lempung abu-abu (Gambar 16b) tidak

menunjukan perbedaan puncak serapan yang signifikan dikarenakan keduanya

mempunyai gugus fungsional yang hampir sama. Hilangnya serapan pada daerah

3633 cm-1

pada membran komposit yang merupakan serapan dari Si-OH atau Al-

OH pada lempung, dikarenakan terbentuknya ikatan hidrogen antara gugus –OH

yang terikat dengan atom Si atau Al dengan gugus –OH dari KV dan PVA atau

gugus amino ( –NH2) dari KV. Sedangkan puncak pada daerah 3600-3000 cm-1

pada membran KV/PVA yang lebih lebar dari membran komposit KVLC 0,125

dimungkinkan disebabkan oleh jumlah gugus hidroksil atau kandungan air

membran KV/PVA yang lebih banyak. Hal ini sesuai dengan penelitian yang

dilakukan Monvisade and Siriphannon (2009) dan Wang et al. (2005).

3. Analisis Kapasitas Tukar Kation (KTK) dan swelling degre (SD)

Analisis kapasitas tukar kation (KTK) dilakukan untuk mengetahui jumlah

kation yang dapat dipertukarkan oleh membran komposit. Sedangkan analisis

swelling degre (SD) digunakan untuk mengetahui tingkat pemuaian membran

oleh penyerapan air. Data KTK dan SD membran kitosan-vanilin/polivinil alkohol

(KV/PVA) disajikan pada Tabel 3. Sedangkan kurva hubungan KTK dan SD

membran komposit kitosan-vanilin/polvinil alkohol/lempung coklat (KVLC) dan

membran komposit kitosan-vanilin/polivinil alkohol/lempung abu-abu (KVLA)

disajikan pada Gambar 17 dan Gambar 28.


commit to user

42

Tabel 3. KPK dan SD membran KV/PVA

Jenis Membran KTK (meq/g) SD (%)

KV/PVA 2,12 69,33

Analisis KTK membran KV/PVA menunjukan penurunan KTK awal

polimer KV. KPK polimer KV sebesar 2,36 meq/g sedangkan KTK membran

turun menjadi 2,12 meq/g. Hal ini dikarenakan penggunaan PVA yang terlalu

banyak sebagai pemlastis akan meyebabkan terbentuknya ikatan hidrogen antara

gugus hidroksil (-OH) fenol KV dengan gugus hidroksi PVA. Ikatan hidrogen

yang terbentuk akan mempersulit pelepasan kation (H+) dari gugus hidroksi fenol

sehingga kation yang terukur lebih kecil dari yang seharusnya. Nilai SD membran

KV/PVA juga masih terlalu besar yaitu sebesar 69,33%.

Pembuatan membran komposit dilakukan dengan variasi penambahan

berat lempung dan pengurangan berat PVA bertujuan untuk mendapatkan

membran komposit dengan berat akhir yang sama.

Gambar 17. Kurva hubungan KTK dan SD membran komposit KVLC dengan

variasi berat lempung coklat


commit to user

43

Gambar 18. Kurva hubungan KTK dan SD membran komposit KVLA dengan

variasi berat lempung abu-abu

Secara umum dapat dilihat dari Gambar 17 dan Gambar 18 bahwa nilai

KTK akan semakin meningkat dan nilai SD akan semakin menurun dengan

penambahan lempung. Nilai KTK membran komposit KVLC pada penambahan

lempung 0,025 g; 0,075 g; dan 0,1 g mempunyai nilai KTK dibawah nilai KTK

membran KV/PVA. Nilai KTK dari ketiga membran komposit diatas secara

berturut-turut adalah 1,72 meq/g; 1,72 meq/g; dan 1,76 meq/g. Hal ini

dimungkinkan ikatan hidrogen yang terbentuk pada gugus hidroksi fenol lebih

banyak dengan penambahan lempung. Sedangkan pada penambahan lempung

sebanyak 0,05 g nilai KTK membran komposit hampir sama dengan membran

KV/PVA dikarenakan persebaran lempung pada membran komposit tidak merata

sehingga saat pengukuran membran komposit didapat bagian yang sedikit

mengandung lempung. Penambahan lempung sebesar 0,125 g memberikan

membran komposit dengan nilai KTK lebih besar dari membran KV/PVA yaitu

2,4 meq/g. Penambahan lempung pada variasi penambahan sebesar 0,025 g; 0,05

g; dan 0,075 g tidak memberikan penurunan SD membran secara signifikan. Nilai

SD dari ketiga membran komposit diatas yaitu 68,14%; 71,82%; dan 69,38%. Hal

ini dikarenakan sifat PVA yang mudah mengembang karena menyerap air.


commit to user

44

Penambahan lempung 0,1 g dan 0,125 g secara signifikan menurunkan SD

membran dengan nilai SD membran secara berturut-turut sebesar 49,25% dan

34,33%. Penurunan ini disebabkan adanya interaksi berupa ikatan hidrogen antara

polimer dengan lempung. Selain itu, pengurangan jumlah PVA yang ditambahkan

juga dapat menurunkan SD membran komposit.

Fenomena nilai KTK membran komposit lebih kecil dari membran

KV/PVA juga terjadi pada membran komposit yang dihasilkan dari variasi berat

lempung abu-abu yang ditambahkan. Fenomena ini terjadi pada penambahan

lempung sebanyak 0,025 g dengan KTK membran komposit sebesar 1,96 meq/g.

Kecenderungan peningkatan nilai KTK terjadi pada penambahan variasi berat

lempung 0,05 g sampai 0,1 g dengan nilai KTK secara berturut-turut sebesar 2,39

meq/g; 2,45 meq/g; dan 2,53 meq/g. Penambahan lempung abu-abu sebanyak

0,125 g menghasilkan membran dengan nilai KTK hampir sama dengan

penambahan lempung abu-abu sebanyak 0,1 g dengan nilai KTK membran

sebesar 2,52 meq/g. Nilai KTK membran KVLA lebih bagus dari membran

KVLC dikarenakan polimerr KV yang masuk ke dalam ruang antar lapis lempung

abu-abu lebih banyak dari lempung coklat. Selain itu, struktur KV yang masuk

dalam ruang antar lapis lempung abu-abu berada dalam sistem bilayer sehingga

mengurangi ikatan hidrogen yang terbentuk pada gugus hidroksi fenol.

Kecenderungan penurunan nilai SD sebanding dengan penambahan lempung abu-

abu. Nilai SD membran KVLA secara berturut-turut dari penambahan lempung

abu-abu dari 0,025-0,125 g adalah sebagai berikut : 61,85 %; 52,22%; 64,17%;

27,31%, dan 17,76%. Secara umum nilai SD membran KVLA lebih kecil dari

membran KVLA disebabkan sifat lempung coklat yang lebih mengembang saat

direndam dengan air.

4. Analisis Sifat Termal

Pengujian sifat termal atau ketahanan terhadap panas dilakukan terhadap

membran KV/PVA, membran komposit KVLC, dan membran komposit KVLA.

Analisis dilakukan secara Termogravimetric Analysis (TGA). Data termogram

TGA dapat digunakan untuk mempelajari kestabilan termal dari membran.


commit to user

45

Termogram TGA membran KV/PVA disajikan pada Gambar 19. Berdasarkan

termogram tersebut, menunjukan tiga daerah perubahan massa untuk PVA,

sedangkan KV dan membran KV/PVA memberikan lima daerah perubahan

massa. Daerah perubahan massa pertama terjadi pada rentang suhu 60-140 oC baik

pada PVA, KV, maupun membran KV/PVA yang menunjukan hilangnya air.

Perubahan massa yang kedua pada suhu 140-200 oC menunjukan hilanngnya

vanilin bebas pada KV dan membran KV/PVA.

Gambar 19. Termogram PVA, KV, dan membran KV/PVA

Degradasi polimer ditunjukan pada dearah perubahan massa ketiga yaitu

pada suhu 205-340 oC untuk PVA dan membran KV/PVA, sedangkan degradasi

KV mulai terjadi pada suhu 260-350 oC yang menunjukan hilangnya gugus asetil

dan amino yang tidak tersubstitusi. Hal ini sesuai dengan penelitian Saxena (2004)

yang menyatakan bahwa titik leleh PVA terjadi pada suhu 180-190 oC. Perbedaan

suhu degradasi PVA disebabkan oleh perbedaan berat molekul PVA yang

digunakan. Stabilitas membran KV/PVA lebih rendah dari KV dikarenakan

penggunaan PVA yang terlalu banyak sehingga ada PVA yang tidak terinsersi

diantara polimer KV. PVA dalam bentuk bebas inilah yang menyebabkan


commit to user

46

stabilitas membran KV/PVA sama dengan PVA. Daerah perubahan massa

keempat pada suhu 350-420 oC menunjukan degradasi polimer menjadi

monomernya. Daerah perubahan massa kelima pada rentang suhu 380-700 oC

menunjukan pemutusan rantai karbon dan menghasilkan residu pembakaran

berupa arang.

Uji ketahanan termal juga dilakukan terhadap membran komposit KVLC

dan membran komposit KVLA. Hal ini dilakukan untuk melihat efek penambahan

lempung terhadap ketahanan termal membran. Termogram membran komposit

KVC dan membran komposit KVLA disajikan dalam Gambar 20 dan Gambar 21.

Termogram membran komposit KVLC dan membran komposit KVLA

menunjukan lima daerah perubahan massa seperti halnya membran KV/PVA.

Analisis TGA difokuskan pada daerah perubahan massa ketiga yaitu daerah

dimana membran komposit mulai terdegradasi. Penambahan lempung coklat dan

lempung abu-abu tidak meningkatkan ketahanan termal membran secara

signifikan. Membran KV/PVA mulai terdegradasi pada suhu 205 oC sedangkan

membran komposit KVLC 0,025 mulai terdegradasi pada suhu 215 oC. Membran

komposit KVLC 0,1 dan membran komposit KVLC 0,125 mulai terdegradasi

pada suhu 225 oC. Termogram membran komposit KVLA juga menunjukan titik

degradasi yang hampir sama. Membran komposit KVLA 0,025 mulai terdegradasi

pada suhu 205 oC, sedangkan membran komposit KVLA 0,1 dan membran

komposit KVLA 0,125 mulai terdegradasi pada suhu 225 oC dan 220

oC.

Peningkatan suhu degradasi yang tidak terlalu signifikan dikaarenakan

penggunaan lempung yang relatif sedikit. Perbandingan polimer KV yang lebih

besar dari lempung menyebabkan lempung terselimuti oleh polimer KV sehingga

saat dilakukan pengukuran dengan TGA data yang diperoleh hampir sama dengan

data membran KV/PVA. Hal ini sejalan dengan hasil penelitian yang dilakukan

oleh Wang et al. (2005) yang menyatakan penambahan monmorilonit 2,5-10%

daari berat total hanya meningkatkan ketahanan termal membran sebesar 10-30

oC. Daerah perubahan massa keempat menunjukan degradasi polimer menjadi

monomernya. Sedangkan daerahperubahan massa kelima merupakan degradasi

monomer menjadi arang.


commit to user

47

Gambar 20. Termogram membran komposit KVLC 0,025 (a), KVLC 0,1 (b), dan

KVLC 0,125 (c)

Gambar 21. Termogram membran komposit KVLA 0,025 (a), KVLA 0,1 (b), dan

KVLA 0,125 (c)

5. Analisis Morfologi Membran

Analisis morfologi permukaan membran menggunakan mikroskop digital

dengan pembesaran 100 kali. Hasil analisis morfologi membran KV/PVA dapat


commit to user

48

dilihat pada Gambar 22. Sedangkan hasil analisis membran komposit KVLC dan

membran komposit KVLA disajikan pada Gambar 23 dan 24.

Gambar 22. Permukaan membran KV/PVA dengan pembesaran 100 kali

a b c

Gambar 23. Permukaan membran komposit KVLC 0,025 (a), KVLC 0,1 (b), dan

KVLC 0,125 (c) dengan pembesaran 100 kali

a b c

Gambar 24. Permukaan membran komposit KVLA 0,025 (a), KVLA 0,1 (b), dan

KVLA 0,125 (c) dengan pembesaran 100 kali

Karakterisasi morfologi permukaan membran KV/PVA memperlihatkan

struktur permukaan membran yang homogen. Struktur permukaan membran yang

homogen memperlihatkan adanya interaksi yang besar antara polimer KV dan

PVA. Interaksi antara polimer KV dan PVA berupa terbentuknya ikatan hidrogen

antara gugus hidroksi PVA dengan gugus hidrksi maupun gugus amino KV.


commit to user

49

Ikatan hidrogen yang besar antara polimer KV dan PVA inilah yang

menyebabkan nilai KTK membran KV/PVA lebih kecil dari resin KV.

Penambahan lempung yang sekaligus mengurangi penggunaan PVA

menunjukan perubahan pada morfologi permukaan membran. Penamabahan

lempung menunjukan trend perubahan morfologi permukaan membran yang

hampir sama baik pada membran komposit KVLC (Gambar 25) naupun membran

komposit KVLA (Gambar 26). Gambar 25a dan Gambar 26a menunjukan

morfologi membran dengan penambahan lempung coklat dan lempung abu-abu

sebesar 0,025 g. Dari Gambar diatas, terlihat bahwa membran komposit lebih

banyak didominasi oleh campuran KV dan PVA seperti yang terlihat pada

permukaan membran KV/PVA. Lempung yang ditambahkan tidak

memperlihatkan perubahan morfologi membran yang signifikan. Penambahan

lempung sebesar 0,1 g menunjukan perubahan morfologi membran yang

signifikan bila dibandingkan dengan morfologi permukaan membran KV/PVA.

Penambahan lempung coklat 0,1 g (Gambar 25b) menghasilkan membran dengan

morfologi permukaan membran yang didominasi oleh serat-serat dari polimer KV.

Sedangkan penambahan lempung abu-abu 0,1 g (Gambar 26b) menghasilkan

membran dengan morfologi permukaan membran yang didominasi oleh lempung

dan serat-serat polimer KV belum terlihat. Penambahaan lempung 0,125 g baik

pada lempung coklat dan lempung abu-abu menghasilkan membran dengan

morfologi permukaan membran yang hampir sama yaitu didominasi oleh serat-

serat polimer KV dengan banyak lubang diantara serat. Hal inilah yang

mengakibatkan membran yang dibuat dari polimer KV tanpa penambahan PVA

bersifat getas. Dari Gambar diatas membuktikan bahwa PVA yang ditambahkan

dalam proses pembuatan membran terinsersi diantara serat-serat polimer KV

sehingga mengurangi sifta getas membran KV.

6. Kajian Pengaruh Variasi Suhu dalam Pembuatan Membran Komposit

Pengaruh variasi suhu juga dipelajari dalam pembuatan membran

komposit untuk mendapatkan kondisi optimum pembuatan membran komposit,

yaitu menghasilkan membran dengan nilai KTK paling besar. Tahap selanjutnya,


commit to user

50

proses pembuatan membran komposit dilakukan pada komposisi optimum dengan

variasi suhu 40-60 oC. Berdasarkan tahapan sebelumnya, diketahui komposisi

optimum membran yaitu pada penambahan lempung abu-abu sebesar 0,1 g.

Karakterisasi awal yang dilakukan adalah penentuan nilai KTK dan SD

membran komposit. Kurva hubungan variasi suhu dengan nilai KTK dan SD

disajikan pada Gambar 25.

Gambar 25. Kurva hubungan KPK dan SD membran komposit KVLA dengan

variasi berat lempung abu-abu

Gambar 25 menunjukan bahwa nilai KTK tertinggi dan nilai SD terendah

membran komposit diperoleh pada pembuatan membran pada suhu 40 oC dengan

nilai KTK dan SD masing-masing sebesar 3,35 meq/g dan 13,64%. Sedangkan

pembuatan membran komposit pada suhu 50 oC menghasilkan membran

komposit dengan nilai KTK sebesar 2,14 meq/g dan nilai SD membran sebesar

37,19%. Pembuatan membran komposit pada suhu 60 oC menghasilkan membran

komposit dengan nilai KTK sebesar 2,59 meq/g dan nilai SD sebesar 33,86%.

Chang et al. (2008) dalam El-Sherif dan El-Masry (2011) menyatakan bahwa

peningkatan suhu antara 30-50 oC akan menurunkan d-spacing lempung yang

disebabkan oleh penguapan molekul-molekul kecil yang keluar dari ruang antar

lapis lempung. Dengan demikian, polimer KV yang masuk ke dalam ruang antar


commit to user

51

lapis lempung lebih banyak. Hal inilah yang menyebabkan membran komposit

yang dibuat pada suhu operasional 40 oC memiliki nilai KTK yang tinggi dan nilai

SD yang rendah.

Gambar 26. Termogram membran komposit KVLA dengan variasi larutan cetak

pada suhu 40 oC (a), 50

oC (b), dan 60

oC

Analisis TGA dilakukan untuk mengetahui ketahanan termal dari ketiga

membran komposit KVLA 0,1 yang dibuat dengan variasi suhu larutan cetak.

Termogram membran komposit KVLA 0,1 dengan variasi suhu pada proses

pembuatan membran dapat dilihat pada Gambar 26. Analisis stabilitas termal

membran komposit difokuskan pada daerah perubahan massa ketiga yaitu sekitar

225 oC, dimana pada suhu tersebut merupakan suhu awal degradasi membran

komposit KVLA 0,1. Kurva termogram diatas menunjukan suhu degradasi

membran yang hampir sama dari ketiga membran komposit. Membran komposit

yang dibuat dengan suhu larutan cetak 40 oC mulai terdegradasi pada suhu 215

oC.

Membran komposit dengan variasi larutan cetak pada suhu 50 oC dan 60

oC mulai

terdegradasi pada suhu 225 oC. Analisis TGA diatas menunjukan bahwa variasi

suhu larutan cetak dalam pembuatan membran komposit tidak berpengaruh secara

signifikan terhadap stabilitas termal membran komposit yang dihasilkan. Hal ini

dikarenakan komposisi dan penambahan berat lempung yang sama.


commit to user

52

Analisis morfologi permukaan membran juga menunjukan morfologi yang

hampir sama dari ketiga membran yang dihasilkan. Permukaan membran yang

hampir sama dikareaanakan komposisi penggunaan jumlah PVA yang sama.

Morfologi permukaan membran komposit dengan variasi suhu larutan cetak dapat

dilihat pada Gambar 27.

a b c

Gambar 27. Permukaan membran komposit KVLA 0,1 dengan variasi larutan

cetak pada suhu 40 oC (a), 50

oC (b), dan 60

oC setelah pembesaran

1000 kali


commit to user

53

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

A. Kesimpulan

Dari penelitian ini dapat diambil kesimpulan sebagai berikut :

1. Penambahan vanilin dapat meningkatkan kapasitas tukar kation kitosan.

2. Penambahan lempung meningkatkan kapasitas tukar kation membran namun

tidak meningkatkan stabilitas termal membran.

3. Peningkatan suhu larutan cetak meningkatkan kapasitas tukar kation membran

namun tidak meningkatkan stabilitas termal membran.

B. Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan DD kitosan yang lebih besar dan

BM kitosan yang lebih kecil.

2. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai modifikasi kitosan dengan

vanilin setelah kiitosan terinterkalasi ke dalam ruang antarlapis lempung.


commit to user

54

DAFTAR PUSTAKA

Adjemian, K. T., S. J. Lee, S. Srinivasan, J. Benziger, A. B. Bocarsly. 2002.

Silicon Oxide Nafion Composite Membranes for Proton-Exchange

membrane Fuel Cell Operation at 80-140 oC. Journal of Elektrochemical

Society 149 (3): 256-261.

Akay, R. G. 2008. Development and characterization of composite proton

exchange membranes for fuel cell aplications. Middle East Technical

University, Tesis.

Arsyad. 2008. Kompatibilitas dan Kinerja Poligliserol Asetat sebagai Plastisiser

dalam Matriks Termoplastik Polipropilena. Medan: Universitas Sumatera

Utara.

Brindley, G. W. and S. Yamanaka. 1979. A Study of Hidroxy-Chromium

Montmorillonites ang The Form of The Hidroxy-Chromiumn Polymer.

American Mineralogist 64.

Chang, K. C., S. T. Chen, H. F. Lin, H. H. Huang, J. M. Yeh, Y. H. Yu. 2008.

Effect of clay on the corrosion protection efficiency of PMMA/Na+-MMT

clay nanocomposites coating evaluated by electrochemical

measureaments. Europ Polym J (44): 13-23.

Dewi, E. L. dan H. Sri. 2007. Karakterisasi Komposit Hidrokarbon Polimer

Tersulfonasi (sABS-Z) sebagai Alternatif Polielektrolit untuk Fuel Cell.

Indonesian Journal of Material Science: 1-4.

Dresselhaus, M. S. and I. L. Thomas. 2001. Alternative energy technologies,

Nature 414.

Duangkaew, P. and J. Wootthikanokkhan. 2008. Methanol Permeability and

Proton Conductivity Methanol Fuel Cell Membranes Based on Sulfonated

Poly(vinyl alcohol)-Layered Silicate Nanocomposites. Journal of Applied.

Polymer Science (109): 452 – 458

El-Sherif, H. and M. El-Masry. 2011. Superabsorbent nanocomposite hydrogels

based on intercalation of chitosan into activated bentonite. Polym. Bull.

(66): 721-734.

Hall, C., P. Tharakan, J. Hallock, C. Cleveland, and M. Jefferson. 2003.

Hydrocarbons and the evolution of human culture. Nature 426.

Handayani, S., W. W. Purwanto, E. L. Dewi, H. Singgih, W. S. Roekmijati. 2007.

Blending Polisulfon Dengan Poli Eter-eter Keton Tersulfonasi Untuk Sel

Bahan Bakar Metanol Langsung. Jurnal Teknologi (2) 21.

Junaidi, A. B. 2008. Komposit kitosan-silika dan kitosan-glutaraldehid sebagai

agen antibakteri pada kain katun. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada.


commit to user

55

Kaban, J. 2009. Modifikasi Kimia dari Kitosan dan Aplikasi Produk yang

Dihasilkan. Medan: Universitas Sumatera Utara.

Kenawy, E. R., F. I. A. Hay, A. A. El-Magd and Y. Mahmoud. 2005. Biologically

active polymers: Modification and Anti-Microbial Activity of Chitosan

Derivatives. Journal of Bioactive and Compatible Polymers 20 (45): 96-

111.

Kim, D. S., T. I. Yun, M. Y. Seo, H. I. Cho, Y. M. Lee, S. Y. Nam, J. W. Rhim.

2006. Preparation of ion-exchange membranes for fuel cell based on

crosslinked PVA/PSSA_MA/silica hybrid. Desalination (200) : 634-635.

Khan, T. A., K. K. Peh, and H. S. Chang. 2002. Reporting Degree of

Deacetylation Values of Chitosan: The Influence of Analytical Methods. J.

Pharm. Sci (5): 205-212.

Laomongkonnimit, P., and K. Soontarapa. 2007. Chitosan-Zeolite Proton

Exchange membrane. Department of Chemical Technology, Faculty of

science, Chulalongkorn University.

Li, Q., C. Xiao, W. Li, H. Zhang, F. Chen, P. Fang, M. Pan. 2010. Enhanced

proton conductivity of polymer electrolyte membrane doped with titanate

nanotube. Colloid Polym. Sci., 288.

Lumingkewas, S. 2009. Konversi Ca-Bentonit menjadi Na-Bentonit

Menggunakan Teknik Pertukaran Ion. Agritek 17 (5).

Mat, N. C., and A. Liong. 2009. Chitosan-Poly(Vinyl Alcohol) and Calcium

Oxide Composite Membrane for Direct Methanol Fuel Cell Aplications.

Engineering Letters 17 (4): 14-17.

Mekhamer, W. K. 2011. Energy storage through adsorption and desorption of

water vapour in raw Saudi bentonite. Arabian J. Chem.

Monvisade, P., and P. Siriphannon. 2009. Chitosan intercalated

montmorilollonite: Preparation, Characterization and cationic dye

adsorption. Aplied Clay Science (42) : 427-431.

Mundala, S. A. and J. G. Avari. 2010. Evaluation of Gum Copal as Rate

Controlling Membrane for Transdermal Application: effect of plasticizer.

Acta Pharmaceutica Sciencia (52): 31-38.

Nirwana. 2001. Pengikatan Asam Lemak Jenuh dan Tak Jenuh dalam Matriks

Polivinil Klorida. Medan : Universitas Sumatera Utara.

O’Rourke, S. 2007. High Performance Ester Plasticizers. The Hall Company.

Bedford Park USA.

Pramono, A. 2008. Komposit Sebagai Trend Teknologi Masa Depan. Fakultas

Teknik Metalurgi dan material. Universitas Sultan Ageng Tirtayasa.


commit to user

56

Ray, S. S. and M. Okamoto. 2007. Polymer/layered silicate nanocomposites: a

review from preparasion to processing. Prog. Polym. Sci. (28): 1539–1641.

Samal, S. K., E. G. Fernandes, F. Chiellini, E. Chiellini. 2009. Thermal analysis

of PVA/CNTs 2D membrane. J. Therm. Anal. Calorim., 97.

Santos, J. S. D., E. R. Dockal, and E. T. G. Cavalheiro. 2005. Theermal Behavior

of Schiff Bases from Chitosan. Journal of Thermal Analysis and

Calorimetry (79) : 243-248.

Saxena, S. K. 2004. Polyvinyl Alcohol (PVA) : Chemical and Technical

Assessment (CTA). JECFA (61).

Simpen, I. 2001. Preparasi dan Karakterisasi Lempung Montmorillonit

Teraktivasi Asam Terpilar TiO2. Yogyakarta. Universitas Gajah Mada.

Stephen A. M. 1995. Food polysaccharides and their applications. Departement

of chemistry, University of Cape Town, Rondebosch.

Suhardi. 1993. Kitin dan Kitosan. Pusat Antar Universitas Pangan dan Gizi UGM.

Yogyakarta.

Tan, W., Z. Yihe, S. Y. Shan, L. Libing. 2007. A Novel Method To Prepare

Chitosan/Montmorillonite Nanocomposites In The Presence Of Hydroxy-

Aluminum Oligomeric Cations. Composite Science Technology 68

Valasquez, C. L., J. S. Albornoz, J. U. Nava, E. M. Barrios, H. L. Valasquez.

2005. Conductimetric studies of chitosan in aqueous medium. Polymer

Bulletin (55): 201-108.

Wald, M. L. 2004. Membrane Breakthrough for Fuel Cells. New York: The New

York Times.

Wang, S. F., L. Shen, Y. J. Tong, L. Chen, I. Y. Phang, P. Q. Lim, T. X. Liu.

2005. Biopolymer Chitosan/montmorilonite nanocomposites: Preparation

and Characterization. Polymer Degradation and Stability 90: 123-131.

Wijaya, K., E. Sugiharti, Mudasir, I. Tahir, I. Liawati. 2004. Sintesis Komposit

Oksida Besi Montmorillonit dan Uji Stabilitas Strukturnya terhadap Asam

Sulfat. Indonesian Journal of Chemistry 4 (1): 33-42.

Williams, M. C. 2004. Fuell Cell Handdbook. Sevent edition. Washington : U.S.

Depertment of Energy Office of Fossil Energy National Energy

Technology Laboratory: 1-2

Wiyarsi, A. 2008. Sintesis Derivat Kitosan Vanilin dan Aplikasinya Sebagai Agen

Antibakteri pada Kian Katun. Yogyakarta: Universitas Gajah Mada.


commit to user

57

Yulianto, R. 2011. Sintesis komposit montmorilonit alam terpilar kitosan berberat

molekul tinggi. Surakarta: Universitas Sebelas Maret.

Yomota, C., T. Miyazaki, and S. Okada. 1993. Determination of the viscometric

constants for chtosan and the aplication of universal calibration procedure

in its gel permeation chromatography. Colloid Polym Sci (271): 76-82


commit to user

58

LAMPIRAN

Lampiran 1. Penentuan Derajat Deasetilasi (DD) kitosan

Derajat Deasetilasi kitosan ditentukan dengan metode base line b yang diusulkan

oleh Baxter dkk. (Khan, 2002), dengan rumus:

DD = 1151003450

1655

A

A

(A1655) amida = log DF/DE

= log (7,4/7,25)

= 0,03564

(A3450) hidroksil = log AC/AB

= log (8,7/5,15)

= 0,22771

[

]

DD = 82,02


commit to user

59

Lampiran 2. Penentuan berat molekul (BM) kitosan dan kitosan-vanilin

Derajat Deasetilasi kitosan ditentukan dengan metode viskometri (Yomota et al.,

1993).

a). Kitosan

1. Viskositas spesifik

pelarut

larutanpelarut

spt

ttη

2. Data Pengukuran Waktu alir dengan Viskometer

Konsentrasi kitosan (C)/

% b/V

Waktu alir (t)/ detik

sp

C

ηsp

0,0002 351 0,6051 3030

0,0003 414,6 0,8963 2990

0,0004 470,3 1,1509 2880

Pelarut 218,6

3. Grafik C

ηsp

terhadap C


commit to user

60

4. Viskositas instrinsik merupakan intersep dari grafik C

ηsp

terhadap C,

sehingga nilai = 3186,7 dL/g

5. Perhitungan berat molekul kitosan rata-rata viskositas

a

mK Mw Km = 1,81 10

-3 cm

3/g

a = 0,93

log = log Km + a log BM

log 3186,7 = log 1,81 10-3

+ (0,93 × log BM)

0,93 × log BM = log 3186,7 - log 1,81 10-3

BM = 5226979,8

Jadi, berat molekul kitosan adalah 5226979,8 dalton atau 5226 kDa.

b). Kitosan-vanilin

1. Viskositas spesifik

pelarut

larutanpelarut

spt

ttη

2. Data Pengukuran Waktu alir dengan Viskometer

Konsentrasi kitosan (C)/

% b/V

Waktu alir (t)/ detik

sp

C

ηsp

0,0002 219 0,0495 248

0,0004 244,3 0,1707 427

0,0006 291,6 0,3977 663

0,0008 354,6 0,6997 875

Pelarut 208,6

3. Grafik C

ηsp

terhadap C


commit to user

61

4. Viskositas instrinsik merupakan intersep dari grafik C

ηsp

terhadap C,

sehingga nilai = 23,66 dL/g

5. Perhitungan berat molekul kitosan rata-rata viskositas

a

mK Mw Km = 1,81 10

-3 cm

3/g

a = 0,93

log = log Km + a log BM

log 23,66 = log 1,81 10-3

+ (0,93 × log BM)

0,93 × log BM = log 23,66 - log 1,81 10-3

BM = 26838,3

Jadi, berat molekul kitosan adalah 26838,3 dalton atau 26 kDa.

Lampiran 3. Penentuan rendemen massa kitosan-vanilin


commit to user

62

Lampiran 4. Penentuan nilai kapasitas tukar kation (KTK) lempung coklat,

lempung abu-abu, dan resin kitosan-vanilin

Menurut Duangkaew dan Wootthikanokkhan, 2008:

KTK = (VNaOH x MNaOH)/Wsampel

Dimana: VNaOH adalah volume NaOH yang digunakan untuk titrasi

MNaOH adalah konsentrasi NaOH yang digunakan untuk titrasi

Wsampel adalah berat kering sampel sebelum ditritrasi

Contoh perhitungan :

= 2, 37 meq/g

Jenis Bahan Berat Bahan (g) Vol. NaOH (ml) KTK (meq/g)

Lempung

coklat

0,1 4,267 2,13

Lempung

abu-abu

0,1 2,067 1,04

Kitosan-

vanilin

0,1 4,73 2,37


vanilin

Jenis membran Berat membran

(g)

Vol. NaOH

(ml)

KTK

(meq/g) KTK rata-rata

(meq/g)

Kitosan-vanilin 0,019 0,8 2,1 2,123 ± 0,0386

0,8

0,7

0,020 0,9 2,167

0,8

0,9

0,023 1 2,1

1

0,9


commit to user

63


vanilin dengan variasi penambahan lempung coklat


(g)

Vol. NaOH

(ml)

KTK

(meq/g)

KTK rata-rata

(meq/g)

KVLC 0,025 0,024 0,8 1,597 1,722 ± 0,113191

0,8

0,7

0,022 0,8 1,818

0,8

0,8

0,020 0,7 1,75

0,7

0,7

KVLC 0,05 0,034 1,4 2,108 2,159 ± 0,044769

1,5

1,4

0,032 1,4 2,187

1,4

1,4

0,029 1,3 2,184

1,2

1,3

KVLC 0,075 0,032 1,2 1,823 1,718 ± 0,108124

1,2

1,1

0,028 0,9 1,607

0,9

0,9

0,029 1 1,724

1

1

KVLC 0,1 0,037 1,2 1,622 1,758 ± 0,138043

1,2


commit to user

64

1,2

0,036 1,3 1,898

1,4

1,4

0,038 1,3 1,754

1,3

1,4

KVLC 0,125 0,021 1,1 2,539 2,407 ± 0,121111

1

1,1

0,021 1 2,381

1

1

0,021 1 2,301

0,9

1


vanilin dengan variasi penambahan lempung abu-abu


(g)

Vol. NaOH

(ml)

KTK

(meq/g) KTK rata-rata

(meq/g)

KVLA 0,025 0,026 1 1,859 1,958 ± 0,148704

1

0,9

0,036 1,5 2,129

1,6

1,6

0,038 1,4 1,886

1,4

1,5

KVLA 0,05 0,019 0,9 2,465 2,392 ± 0,083764

1

0,9


commit to user

65

0,020 1 2,417

0,9

1

0,029 1 2,302

1

0,9

KVLA 0,075 0,024 1,2 2,361 1,718 ± 0,104844

1,1

1,1

0,026 1,4 2,564

1,3

1,3

0,020 1 2,417

1

0,9

KVLA 0,1 0,019 1,2 2,727 2,53 ± 0,152729

1,2

1,2

0,018 1,2 2,46

1,1

1,1

0,022 1,3 2,464

1,3

1,4

KVLA 0,125 0,020 1 2,564 2,51 ± 0,037898

1

1

0,020 1,1 2,592

1,1

1

0,021 1,3 2,517

1,2

1,2


commit to user

66


vanilin dengan penambahan lempung abu-abu 0,1 dan variasi larutan cetak

Suhu larutan

cetak (oC)

Berat membran

(g)

Vol. NaOH

(ml)

KTK

(meq/g)

KTK rata-rata

(meq/g)

28 0,019 1,2 2,727 2,53 ± 0,152729

0,9

0,036 1,5 2,129

1,6

1,6

0,038 1,4 1,886

1,4

1,5

40 0,019 0,9 2,465 3,35 ± 0,083764

1

0,9

0,020 1 2,417

0,9

1

0,029 1 2,302

1

0,9

50 0,024 1,2 2,161 2,13 ± 0,104844

1,1

1,1

0,021 1,1 1,864

1,2

1,1

0,020 1 2,217

1

0,9

60 0,018 1,2 2,727 2,59 ± 0,152729

1,2

1,2


commit to user

67

0,018 1,2 2,56

1,1

1,1

0,022 1,3 2,464

1,3

1,4

Lampiran 9. Penentuan swelling degre (SD) membran kitosan-vanilin

Menurut Abdel Mohsen dkk, 2011:

Dimana: Ws adalah berat basah membran

Wd adalah berat kering membran

Contoh perhitungan :

Jenis membran Berat kering

(g)

Berat basah (g) SD (%) SD rata-rata (%)

Kitosan-vanilin 0,017 0,030 76,47 69,33 ± 11,11810

0,023 0,036 56,52

0,016 0,028 75


commit to user

68


variasi penambahan lempung coklat.


(g)


KVLC 0,025 0,018 0,029 61,11 68,14 ± 6,184313

0,017 0,029 70,59

0,022 0,038 72,73

KVLC 0,05 0,018 0,033 83,33 71,82 ± 10,946949

0,017 0,029 70,59

0,026 0,042 61,54

KVLC 0,075 0,016 0,027 68,75 69,38 ± 3,079242

0,022 0,038 72,73

0,021 0,035 66,67

KVLC 0,1 0,026 0,044 69,23 49,25 ± 17,291640

0,028 0,039 39,28

0,028 0,039 39,28

KVLC 0,125 0,012 0,017 41,67 34,33 ± 6,890009

0,012 0,016 33,33

0,025 0,032 28


variasi penambahan lempung abu-abu.


(g)


KVLA 0,025 0,039 0,057 46,15 61,85 ± 13,930125

0,030 0,050 72,73

0,022 0,038 66,67

KVLA 0,05 0,022 0,032 45,45 52,22 ± 9,886891

0,020 0,031 55

0,023 0,038 65,22

KVLA 0,075 0,020 0,036 80 64,16 ± 13,872535

0,027 0,038 58,33

0,024 0,037 54,16

KVLA 0,1 0,021 0,026 23,80 27,31 ± 4,102450


commit to user

69

0,022 0,029 31,82

0,019 0,024 26,31

KVLA 0,125 0,018 0,019 5,56 17,76 ± 10,932799

0,019 0,023 26,67

0,015 0,019 21,05


penambahan lempung abu-abu 0,1 dan variasi larutan cetak

Suhu larutan

cetak (oC)

Berat kering

(g)


28 0,021 0,026 23,80 27,31 ± 4,102450

0,030 0,050 72,73

0,022 0,038 66,67

40 0,015 0,018 18,05 13,64 ± 7,734682

0,020 0,023 14,56

0,012 0,013 8,12

50 0,028 0,039 39,28 37,19 ± 4,836534

0,012 0,017 41,67

0,012 0,016 33,33

60 0,022 0,032 45,45 33,86 ± 3,737653

0,022 0,029 31,82

0,019 0,024 26,31

0,018 0,019 5,56 17,76 ± 10,837515

0,019 0,023 26,67

0,015 0,019 21,05


commit to user

70

Lampiran 13. Diagarm alir persiapan bahan

didapat

didapat

diblender

disaring

Kitosan

Ayakan 150 mesh

Kitosan < 150 mesh

Kitosan lebih halus

dipisahkan

didiamkan semalam

disaring

didapat

didapat

ditambah Lempung Akuades

Campuran lempung

Koloid lempung

Kain

Campuran dua

lapisan

Pasta lempung Filtrat

dioven ( T = 150 oC )

didapat

Lempung kering


commit to user

71

Lampiran 14. Diagram alir deasetilasi kitosan

dioven ( T = 60 oC)

didapat

dicuci sampai

pH netral

direfluks 3 jam ( T = 120 oC )

disaring

Kitosan kering

didapat

ditambah 20 g kitosan

300 mL larutan

NaOH 60% (w/v)

Campuran kitosan

residu (padatan) akuades Filtrat

disaring Ayakan 150 mesh

Lempung kering

dihaluskan

didapat

Lempung lebih

halus didapat

lempung < 150 mesh


commit to user

72

Lampiran 15. Diagram alir pembuatan kitosan-vanilin

Campuran II

diambil

Endapan KV

disaring

KV kering

dioven (T= 60o C )

ditambah 66,5 g vanilin 285 mL etanol absolut

Larutan vanilin dalam etanol

Campuran

I

didapat

ditambah 19 g kitosan

2 tetes piperidin

distirer 72 jam

T= 80o C

distirer 48 jam

T = kamar (27 o C)

Etanol dicuci


commit to user

73

Lampiran 16. Diagram alir pembuatan membran komposit

Lempung coklat dan lempung abu-abu

(0 g; 0,025 g; 0,05 g; 0,075 g; 0,1 g; 0,125 g)

0,025 g lempung ditambah

Asam asetat (49,25 g )

Koloid lempung

Larutan cetak

0,375 g KV

0,35 g PVA

distirer 12 jam

T = kamar (27 oC)

didapat

distirer 12 jam

T = kamar (27 oC)

didapat

ditambah

Membran

KV/PVA/Lempung

dicetak diatas pla

T = kamar (27 oC)

diulangi


commit to user

74

Lampiran 17. Diagram alir penentuan kapasitas tukar kation (KTK) membran

Membran

komposit

dipotong 2x2 cm

Membran 2x2 cm

50 mL akuades

dimasukan dalam

ditambah 50 mL NaCl

1N

dioven 1 jam

T = 60 oC

didiamkan semalam

diambil

Membran

dalam akuades

10 mL larutan

dicatat

dititrasi NaOH 0,005 N

Volume NaOH


commit to user

75

Lampiran 18. Diagram alir penentuan swelling degre membran

Membran komposit

dipotong 2x2 cm

Membran 2x2 cm ditimbang

sebagai

direndam 24 jam

dalam

Berat kering

50 mL akuades

diambil

dilap dengan tisu

ditimbang

Berat basah

dihitun

g

Swelling degre

pembuatan membran komposit kitosan- …... · abstrak telah dilakukan ... memberikan akses bagi...

Documents