Jurnal Pendidikan, Matematika dan Sains
http://ejournal.uki.ac.id/index.php/edumatsains

## MEMBRAN Zirconia.titania UNTUK PENGOLAHAN AIR LIMBAH: KAJIAN LITERATUR
Familia Novita Simanjuntak 1* , Ngia Masta 2
1 Program Studi Pendidikan Kimia, FKIP, Universitas Kristen Indonesia 2 Program Studi Pendidikan Fisika, FKIP, Universitas Kristen Indonesia
Diterima: 29 Maret 2021     Direvisi: 22 Mei 2021     Diterbitkan : 01 Juli 2021

## ABSTRACT
The need for clean water is a necessity to sustain human life. This need will continue increasing in line with the human population growth, but it is not balanced by appropriate wastewater treatment to preserve the clean water stock. Zirconia and titania-based membrane technology is a promising technology in water and waste treatment processes  because  it  is  able  to  produce  a  good  and  stable  quality  of  water  against  chemical  reactions,  high temperatures,  and  mechanical  stress.  This  study  aims  to  literature  study-based  analyze  the  capability  of synthesis, characterization, and application of a membrane that combines zirconia and titania (Zr1-xTix)O 2 with Al 2 O 3 as a substrate for domestic wastewater treatment. The discussion describes the method of zirconia.titania membrane application to support its performance in domestic wastewater treatment.
Keywords: domestic wastewater treatment, zirconia.titania membrane.

## PENDAHULUAN
Air mempunyai bermacam-macam kegunaan,  yang  masing-masing  mempunyai level  kemurnian  yang  berbeda,  misalnya  air bersih  yang  bisa  digunakan  untuk  mencuci mesin, bisa beracun bagi  ikan dan satwa  liar atau  air  yang  cocok  untuk  kapal  atau perikanan, tidak cocok bagi berenang atau air yang  aman  untuk  berenang,  tidak  dapat diminum  (Alley,  2007).  Pencemaran  air  di suatu negara mempengaruhi negara lain yang membutuhkan suatu pengendalian pencemaran  internasional  yang  kompleks selama  bertahun-tahun,  oleh  karena  itu, ketersediaan  air  bersih  di  dalam  sebuah negara  menjadi  salah  satu  komoditas  politik
yang  mempunyai  kekuatan  tawar  menawar (Cheremisinoff, 2001).
Kebutuhan  akan  air  bersih  merupakan suatu  keniscayaan  untuk  mempertahankan hidup  manusia.  Kebutuhan  ini,  terutama kebutuhan  air  bersih  skala  rumah  tangga, terus  naik  seiring  dengan  bertambahnya populasi  manusia.  Jika  tidak  diimbangi dengan  proses  pengolahan  air  dan  limbah yang  sesuai,  maka  akan  terjadi  kelangkaan air  bersih  dan  pencemaran  air  yang  tidak terkendali  (Alley,  2007).  Salah  satu  upaya pelestarian  ketersediaan  air  bersih  adalah mengolah  air limbah  domestik  untuk meningkatkan  kelas  air  sesuai  dengan pemanfaatannya bagi aktivitas rumah tangga.
Air  limbah  domestik  terbagi  menjadi  dua jenis,  yaitu  air  limbah  yang  mengandung ekskreta  (tinja  dan  urin)  dan  air  limbah rumah  tangga  yang  tidak  mengandung ekstreta  (air  buangan  kamar  mandi,  dapur, cucian  pakaian,  dan  aktivitas  rumah  tangga lainnya). Air limbah rumah tangga mengandung  kira-kira  99,9%  air  dan  0,1% zat padat. Zat padat yang ada tersebut terbagi atas  70%  zat  organik  (protein,  karbohidrat, lipid, lemak), dan sisanya 30% zat anorganik terutama  pasir,  garam-garam  dan  logam. Kandungan zat organik dan anorganik dalam limbah cair tergantung pada  jumlah air  yang digunakan.  Pemakaian  air  yang  sedikit  akan menghasilkan  air  limbah  yang  lebih  pekat. Hal  ini  juga  tergantung  pada  banyaknya infiltrasi  air  tanah  yang  masuk  ke  dalam jaringan pipa (Chiras, 1985).
Proses  pengolahan  air  dan  limbah dengan  menggunakan  teknologi  membran memiliki  potensi  yang  besar.  Teknologi membran  merupakan  salah  satu  teknologi yang menjanjikan karena dapat menghasilkan air dengan kualitas  yang  baik. Teknologi  membran  juga  memiliki  beberapa keunggulan,  diantaranya  dapat  menyaring polutan  air  berupa  senyawa-senyawa  kimia yang  berbahaya  dan  menghasilkan  air dengan kualitas yang konstan. Studi mengenai  membran  sangat  penting  dalam pengolahan  air  dan  limbah  (Sagle  & Freeman, 2004).
Membran  didefinisikan  sebagai  suatu media  berpori  berbentuk  seperti  tabung  atau film  tipis,  bersifat  semi  permiabel  yang berfungsi untuk memisahkan partikel dengan ukuran  molekular (spesi) dalam  suatu sistem larutan.  Membran  berfungsi  memisahkan material  berdasarkan  ukuran.  Spesi  yang memiliki  ukuran  yang  lebih  besar  dari  pori membran  akan  tertahan  sedangkan  spesi dengan  ukuran  yang  lebih  kecil  dari  pori membran  akan  lolos  melalui  pori  membran. Permeabilitas  adalah  koefisien  kemudahan suatu  membran  untuk  dilewati  oleh  suatu spesi  dan  derajatnya  dinyatakan  dalam koefisien permeabilitas.
Pemilihan bahan keramik dalam pembuatan  membran  untuk  pengolahan  air dan  limbah  harus  memperhatikan  sifat  fisik dan  kimianya.  Sifat  fisik  dan  kimia  yang diperhatikan,  antara  lain:  kestabilan  termal dan  kimiawi,  mikrostruktur  (porositas  dan ukuran pori-pori), hidrophilicity , dan kekuatan mekanis. Selain itu, aspek pembiayaan yang rendah juga perlu dipertimbangkan  dalam  mensintesis  sebuah material.  Material  yang  memenuhi  kriteria fisik, kimia, dan ekonomis dalam pembuatan membran  untuk  pengolahan  air  dan  limbah yang  banyak  diteliti  saat  ini  diantaranya alumina,  zirconia,  titania,  silika,  dan  zeolit (He et  al. ,  2019).  Kelima  bahan  ini  adalah kandidat  umum  sebagai  membran  keramik pengolahan air dan limbah, namun membran zirkonia  dan  titania  lebih  dikenal  dengan
sifat mekanisnya yang kokoh dan awet (tidak mudah keropos).
Membran  zirkonia  memiliki  sifat resistensi  termal  yang  besar,  sehingga membran  ini  tahan  terhadap  temperatur tinggi  yang  biasa  terjadi  dalam  proses penguapan. Membran titania memiliki resistensi kimiawi yang paling besar sehingga dapat menjaga kestabilan strukturnya  secara  kimiawi,  dan  memiliki sifat resistansi termal  yang paling  besar (Al- Hamdi,  Rinner,  &  Sillanpää,  2017).  Dengan demikian,  zirkonia  dan  titania  adalah kandidat  membran  yang  tepat  digunakan untuk  material  filtrasi  air  dengan  kekuatan mekanis dan resistensinya terhadap temperatur  tinggi  (Chang,  Gopalan,    &  Lin, 1994). Berdasarkan uraian pernyataan tersebut, maka penelitian ini bertujuan untuk menganalisis  berdasarkan  studi  literatur terhadap  kemampuan  sintesis,  karakterisasi dan  aplikasi  membran  perpaduan  zirkonia dan  titania  untuk  pengolahan  air  limbah rumah tangga.

## KAJIAN LITERATUR
1. Karakteristik Air Limbah Domestik Karakteristik air limbah domestik dipengaruhi  oleh  sifat  fisik,  sifat  kimia,  dan sifat biologis. Sifat fisik air limbah domestik ditentukan  oleh  kandungan  zat  padat, kekeruhan,  bau,  warna,  temperatur,  dan ukuran  partikel.  Sedangkan,  kandungan kimia  air  limbah  domestik  diklasifikasikan
antara lain bahan organik (protein, karbohidrat,  lemak),  deterjen,  fenol,  bahan anorganik (garam-garam, logam-logam), logam  berat,  pH  (Yudo,  2010;  Widiyanto, Yuniarno, & Kuswanto, 2015).
Kandungan  mikroorganisme  dalam  air limbah domestik mempengaruhi sifat biologisnya.  Mikroorganisme  dapat  berasal dari udara, tanah, sampah,  lumpur, tanaman, hewan,  kotoran,  dan  bahan  organik  lainnya yang umumnya bersifat patogenik. Parameter yang  biasa  digunakan  untuk  karakteristik  air limbah  domestik  antara  lain Biochemical Oxigen  Demand (BOD 5 )  yang  menyatakan kebutuhan  oksigen  untuk  mengurangi  zat organik selama 5 hari, dan Suspended Solids (SS) yaitu padatan tersuspensi yang dinyatakan  dalam  mg  per  liter  (Chiras, 1985).
Air limbah domestik yang mengandung  tinja  dan  urin  mempunyai karakteristik  yang khas karena tinja dan urin tidak hanya menimbulkan bau yang dari segi estetika  tidak  baik,  tetapi  khususnya  tinja mengandung  virus,  bakteri,  kista  protozoa, telur  cacing,  dan  mikro  organisme  patogen lainnya  yang  dapat  menyebabkan  penyakit terhadap  individu  lain.  Sehubungan  dengan penyakit-penyakit  yang  ditularkan  melalui tinja,  organisme  penyebab  digolongkan dalam  4  kelompok  (Said,  &  Marsidi,  2005; Waluya, 2005), yaitu :
a. Virus  ( Adenovirus,  Enterovirus,  Hepatitis A Virus, Reovirus, dan Rotavirus )
b. Bakteri ( Bacteriodes fragilus, fecal coliform,  total  coliform  E.  coli,  faecal streptococci, dan enterococci,  Salmonella typhii, Shigella spp , Vibrio cholerae ) c. Protozoa  ( Balantidium  coli,  Entamoeba histolityca, Giardia lamblia )
d. Cacing  ( Ancylostoma  duodenale,  Ascaris lumbricoides,  Shcistosoma  japonicum,
Taenia saginata, Taenia solium, Trichuris Trichiura )
Isi,  komposisi  dan  konsistensi  dari  tinja tergantung  dari  beberapa  faktor  yaitu  diet, iklim, dan status kesehatan. Berat basah tinja individu berkisar antara antara 20 gr – 0,5 kg per  hari. Komposisi  kimiawi  ekskreta disajikan dalam Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi Kimiawi Ekskreta
Konstituen Perkiraan Komposisi (% dari berat kering) Calcium (CaO) Carbon Nitrogen
Bahan Organik Phosphorus (P 2 O 5 ) Kalium Oksida (K 2 O)
Tinja Urin
4,5
44 – 55 5 – 7 88 – 97 3 – 5,4
1 – 2,5
4,5 – 6 11 – 17 15 – 19 65 – 85 2,5 - 5 3 – 4,5
Kandungan  urin  dalam  air  limbah domestik  juga  memberikan  efek  patogenitas yang  terdiri  atas  tiga  infeksi  utama  yaitu: schistosomiasis saluran  kemih, typhoid ,  dan leptospirosis (Sasongko,  2006;  Rusydi, Naily,  &  Lestiana,  2015).  Parameter  yang digunakan  adalah  bakteri coli  fecal ( faecal coliform )  yang  dinyatakan  jumlahnya  setiap 100  ml.  Jumlah  bakteri coli  fecal dalam  air limbah  domestik  biasanya  mencapai  10 7 sampai dengan 10 8 per 100 ml.

## 2. Membran Zirkonia
Membran  zirkonia  adalah  salah  satu  dari lima  membran  keramik  yang  paling  umum digunakan dalam pengolahan air dan limbah. Pada  suhu  ruangan,  zirkonia  memiliki struktur  kristal  monoklinik,  namun  pada
suhu  yang  lebih  tinggi  zirkonia  akan bertransformasi  menjadi  struktur  tetragonal dan  kubik.  Struktur  kubik  pada  kristal merupakan  struktur  paling  stabil  (tidak mudah mengalami perubahan struktur secara kimia).  Transformasi  struktur  yang  dialami zirkonia  ini  mengakibatkan  penambahan kekokohan  dan  awet  penggunaannya  (tidak mudah keropos). Sifat mekanis yang kuat ini membuat  zirkonia  dapat  digunakan  sebagai substrat  yang  baik  (Schattka et  al. ,  2006;
Kreiter et al. , 2008).
Diantara  kelima  kandidat  membran keramik, zirkonia memiliki tingkat hidrophylicity yang tinggi. Tingkat hidrophylicity yang  tinggi  ditunjukkan  oleh tingginya  fluks  dan  rendahnya fouling
selama  proses  pengolahan  air  dan  limbah berlangsung,  sehingga  molekul  menjadi mudah  untuk  larut  di  dalam  air.  Zirkonia juga  merupakan  material  dengan  kestabilan termal yang tinggi, bahkan jika dibandingkan dengan  alumina.  Zirkonia  sangat  cocok untuk  digunakan  dalam  pengolahan  air  pada fase liquid dengan kondisi yang sangat keras.
Dengan semua kelebihan  ini, zirkonia sesuai untuk  digunakan  pada  lapisan  teratas: micro filtration (MF), ultra  filtration (UF),  dan nano  filtration (NF)  untuk  air  dan  limbah (Budnyak et al. , 2015).
Kelebihan  membran  zirkonia  yang paling  terkenal  terdapat  pada  pemisahan minyak pada pengolahan air limbah. Pemisahan  air  dan  minyak  pada  zirkonia ditunjukkan  lebih  baik  dari  pada  alumina, dilihat  dari  nilai  fluks  air  lebih  tinggi  dan jumlah fauling lebih  rendah. Fauling adalah akumulasi  zat  yang  tidak  diinginkan  pada permukaan  benda  padat  (membran)  yang dapat  mengurangi  fungsi  membrane  (Zhang et al. , 2015; Nair et.al. , 2018).
3. Membran Titania
Titania  dikenal  dalam  bentuk  tiga  mineral yaitu  rutile,  anatase  dan  brookite  (He et  al. ,
2019).  Diantara  material  yang  digunakan sebagai membran, titania memiliki kestabilan kimiawi  yang  paling  baik.  Membran  titania dapat mencegah filtrasi dan oksidasi fotokatalitik  yang  terjadi  secara  bersamaan (Budnyak et  al. ,  2015;  Arabi,  Ghaedi,  & Ostovan, 2017). Hal inilah yang
dimanfaatkan  dalam  pembuatan  mineralisasi senyawa  organis  menggunakan  irradiasi  UV (Das et  al. ,  2012).  Pada  pengolahan  air  dan limbah, titania digunakan sebagai pendukung, lapisan intermediate , dan lapisan aktif  untuk  UF  dan  NF,  serta  menambah fungsi fotokatalisnya.
Akibat  sifat  fotokatalisnya,  membran titania menyediakan kemampuan pengolahan air  yang  multifungsi.  Morfologi  yang dihasilkan  dari  membran  titania  adalah nanowire ,  yang  menguntungkan  dalam proses  pengolahan  air,  karena  memiliki tingkat  permeabilitas  yang  tinggi,  anti fouling dan  anti  bakteri  (Belver et  al. ,  2016; Al-Hamdi,  Rinner,  &  Sillanpää,  2017). Keunggulan  ini tidak dimiliki oleh  membran lainnya,  misalnya  alumina.  Membran  titania juga  dapat  digunakan  untuk  menghasilkan membran  yang anti korosif, karena  memiliki kestabilan kimiawi yang tinggi, jika dibandingkan  dengan  material  membran lainnya.  Kelemahan  dari  membran  titania adalah memiliki luas permukaan yang rendah dan  ketidakstabilan  struktur  anastase  pada temperatur  tinggi  (Qin et  al. ,  2009;  Al- Hamdi, Rinner, & Sillanpää, 2017).

## METODE
Metode  penulisan  artikel  adalah  kajian literatur  yang  mencakup  tahapan  persiapan literatur  dan  menganalisis  keterkaitan  setiap literatur yang relevan untuk membahas fokus permasalahan yaitu air limbah domestik, dan
karakteristik membran zirconia.titania . Artikel  ini  melakukan  analisis  berdasarkan kajian  literatur  yang  relevan  dan  saling
berkaitan. Kajian literatur dilakukan terhadap beberapa  artikel  terkait  antara  lain  disajikan dalam Tabel 2.
Tabel 2. Artikel Ilmiah yang terlibat dalam Kajian Literatur
Batas Kajian Penulis (Tahun Publikasi) Bahasa Publikasi Lokus dan Hasil Penelitian Karateristik air limbah domestik Rusydi, Naily, & Lestiana (2015) Bahasa Indonesia Lokasi  di  Bandung.  Artikel  membahas  tentang  kualitas air  tanah  bebas  yang  dipengaruhi  oleh  komposisi  dan pergerakan  pencemar  yang  berasal  dari  air  limbah domestik. Said, & Marsidi (2005) Bahasa Indonesia Lokasi  di  Jakarta,  Artikel  menjelaskan  tentang  mikroba patogen  dan  parasit  yang  terdapat  dalam  air  limbah domestik,  serta  merekomendasikan  pengolahan  air limbah  domestik  secara  semi  komunal  dengan  biofilter anaerob-aerob. Waluya (2005) Bahasa Indonesia Lokasi  di  Kota  Malang  dan  Laboratorium  Mikrobiologi UMM.  Artikel  membahas  tentang  penggunaan  mikroba pengurai  untuk  indikator  pencemar  air  limbah  domestik (tinja) dan menyatakan bahwa populasi mikroba pengurai dipengaruhi  oleh  komposisi  koliform  yang  berasal  dari tinja. Widiyanto, Yuniarno, & Kuswanto (2015) Bahasa Indonesia Lokasi di Kelurahan Kalikabong Kabupaten Purbalingga. Artikel  membahas  tentang  sumber  pencemar  air  dan mennemukan  bahwa  penyebab  polusi  air  berasal  dari limbah  industri  (33,33%  ),  limbah  rumah  tangga (47,62%), dan limbah perkotaan (19,04%). Yudo (2010) Bahasa Indonesia Lokasi  di  DKI  Jakarta  dan  artikel  membahas  tentang parameter  pencemar  air  dalam  aliran  Sungai  Ciliwung yang  masuk  ke  13  sungai.  Temuan  menyatakan  bahwa konsentrasi pencemar air terus meningkat. Membran Zirkonia Budnyak, T. M.,
Pylypchuk, I. V.,
Tertykh, V. A., Yanovska,  E.  S.  & Kolodynska, D. (2015) Bahasa Inggris Lokasi  penelitian  di  Ukraina.  Artikel  membahas  tentang sifat  sintesis  dan  adsorpsi  nanokomposit  kitosan-silika menggunakan metode sol-gel. Hasil penelitian menyatakan bahwa kapasitas adsorpsi kitosan biopolimer dan sintesis melalui reaksi sol-gel komposit kitosan-silika menunjukkan kapasitas adsorpsi yang lebih baik. Polimer dalam  komposisi  komposit  memudahkan  peningkatan sifat  adsorpsi  dan  karakteristik  kinetik.  Komposit  hasil sintesis dapat mengekstraksi ion logam.
Kreiter,  R.,  Rietkerk, M. D., Bonekamp, B. C.,  van  Veen,  H.  M., Kessler,  V.  G.,  & Vente, J. F. (2008) Bahasa Inggris
Lokasi  penelitian  di  Belanda.  Artikel  membahas  tentang jalur  sol-gel  untuk  zirkonia  mikro  dan  membran  titania. Hasil  penelitian  menyatakan  bahwa  membran  zirkonia dan  titania  dengan  pori-pori  sub-nanometer  dapat  dibuat dengan  memilih  resep  sol-gel  yang  sesuai.  Membran zirkonia  dan  titania  berpotensi  sesuai  untuk  aplikasi pemisahan gas.
Nair,  K.  K.,  Kumar,
P.,
Kumar, V., Bahasa
Lokasi  penelitian  di  Afrika.  Artikel  membahas  tentang sintesis  dan  evaluasi  sifat  optik  dan  antimikroba
Harris,  R.  A.,  Kroon, R.  E.,  Viljoen,  B.,  ... & Swart, H. C.
(2018)
Inggris nanokomposit  Ag-SnO 2 .  Hasil  penelitian  menyatakan bahwa  struktur nano  dapat  digunakan  untuk  pengelolaan biorasional  E.coli  untuk  pengolahan  air  limbah  sebelum dibuang.
Schattka, J. H., Wong,  E.  H.  M., Antonietti,  M.,  & Caruso, R. A. (2006) Bahasa Inggris
Lokasi  penelitian  di  Universitas  Melbourne,  Australia.
Artikel  membahas  tentang  teknik  pelapisan  untuk menghasilkan variasi jenis prekursor oksida logam, salah satunya  menggunakan  pendekatan  'pelapisan  sekuensial' yang  menghasilkan  bahan  terstruktur  kompleks  dari oksida  logam  berlapis,  seperti  TiO 2 (titania)  dan  ZrO 2 (zirkonia).
Zhang,  W.,  Liu,  N., Cao, Y., Lin, X., Liu, Y., & Feng, L. (2015) Bahasa Inggris Kajian  literatur  tentang  pengolahan  air  limbah  yang berminyak  dan  menyatakan  bahwa  terdapat  dua  jenis bahan  berpori  pembasahan  super  untuk  pemisahan campuran  minyak/air  yang  tidak  bercampur  dan pemisahan  emulsi  yaitu  (1)  bahan  berpori  pemblokiran air dengan keterbasahan super hidrofobik/super oleofilik; dan  (2)  bahan  berpori  pemblokiran  minyak  dengan pembasahan super oleofobik super hidrofilik/bawah air. Membran Titania Al-Hamdi,  Rinner,  & Sillanpää (2017) Bahasa Inggris Lokasi penelitian di Finlandia. Artikel membahas tentang timah dioksida  sebagai  fotokatalis  untuk  pengolahan air.
Kajian menyatakan bahwa semi konduktor, seperti SnO 2 , sangat cocok untuk
polutan  dalam  air  limbah  dan  sumber  lainnya.  Setelah iradiasi dengan cahaya dengan energi yang sesuai, radikal reaktif  dihasilkan  di  permukaan  fotokatalis,  yang  secara oksidatif  menghancurkan  banyak  polutan  yang  diketahui menyebabkan  masalah  pada  lingkungan  dan  kesehatan. Penambahan  dopan  ke  SnO 2 meningkatkan  sifat fotokatalitik, mengurangi celah pita, sehingga menurunkan  energi  yang  dibutuhkan  untuk  aktivasi katalis.  Meskipun  katalis  sangat  sesuai  untuk  degradasi polutan  organik,  cara  yang  efisien  untuk  meregenerasi nanokomposit  ini  harus  dikembangkan  untuk  mencegah bahan  yang  sangat  aktif  ini  lepas  ke  lingkungan  dalam skala  besar  yang  memiliki  efek  negatif  pada  kesehatan manusia.  Selain  itu,  studi  harus  mencakup  katalis  yang berbeda  untuk  menilai  material  nano  mana  yang  paling cocok untuk degradasi polutan tertentu.
Arabi, Ghaedi, & Ostovan (2017) Bahasa Inggris Lokasi  penelitian  di  Iran.  Artikel  membahas  tentang cetakan nanopartikel molekuler  yang  kompatibel  dengan air  sebagai  membran  untuk  ekstraksi  asam  hipurat, indikator  biologis  paparan  toluena,  dari  urin  manusia. Hasil  penelitian  menyatakan  bahwa  membran  RAM- MINP  yang  kompatibel  dengan  air  hidrofilik  berhasil secara  efisien  mengekstraksi  asam  hipurat  (HA)  dan diikuti  dengan  optimalisasi  prosedur  dengan  metodologi permukaan  respons.  Metode  menggunakan  membran RAM-MINP-SPE  sederhana,  hemat  biaya,  dan  mudah dioperasikan,  sehingga  cukup  akurat  dan  tepat  untuk menganalisis HA dalam sampel urin.
Belver,  C.,  Bedia,  J., Álvarez-Montero,  M. A. & Rodriguez, J. J. Bahasa Inggris Lokasi  penelitian  di  Spanyol.  Artikel  membahas  tentang pemurnian air fotokatalitik matahari dengan heterostruktur  TiO 2 /tanah  liat  yang  didoping  Ce.  Hasil penelitian menyatakan bahwa Ce doping dialokasikan ke
(2016)
dalam  kisi  TiO 2 menyebabkan  pengurangan  ukuran kristal  anatase,  dengan  meningkatnya  kandungan  Ce. Doping Ce juga menghasilkan bahan dengan tepi serapan cahaya  di  wilayah  yang  terlihat,  yang  celah  pita tergantung  pada  jumlah  Ce.  Aktivitas  fotokatalitik  dari heterostruktur TiO 2 dipengaruhi oleh kandungan serium.
Das,  S.  K.,  Khan,  M. M.  R.,  Guha,  A.  K., Das, A. R. & Mandal, A. B. (2012) Bahasa Inggris Lokasi  penelitian  di  India.  Artikel  membahas  tentang sintesis,  karakterisasi,  dan  aplikasi  dalam  pemurnian  air menggunakan  biohybride  perak-nano  yang  disebut sebagai nano-silver bioconjugate (NSBC). Hasil penelitian menyatakan bahwa karakterisasi yang menggunakan  NSBC  menunjukkan  aktivitas  antibakteri yang  kuat  terhadap  E.  coli  dan  B.  subtilis  dan  kapasitas adsorpsi  yang  tinggi  terhadap  berbagai  pestisida organofosfat.  Ikatan  dinding  sel  bakteri  dengan  NSBC menyebabkan  kerusakan  membran  permanen  yang berujung  pada  kematian  sel.  Analisis  proteomik  lebih lanjut  menunjukkan  penurunan regulasi  ekspresi  protein, penghambatan  protein  sitosol  dan  membran  dan kebocoran  konten  seluler  setelah  pengikatan  NSBC dengan  dinding  sel  bakteri.  Sehingga,  NSBC  layak diajukan  sebagai  aplikasi untuk  mendapatkan  air minum yang bebas dari patogen dan pestisida dalam satu langkah proses. He,  Z.,  Lyu,  Z.,  Gu, Q.,  Zhang,  L.  & Wang, J. (2019) Bahasa Inggris Lokasi  penelitian  di  Singapura.  Artikel  membahas tentang membran berbasis  keramik untuk pengolahan air dan  air  limbah.  Hasil  penelitian  menyatakan  bahwa membran keramik memiliki  stabilitas tinggi, masa pakai yang  lama,  fluks  tinggi,  dan  pengotoran  rendah.  Lebih lanjut,  membran  keramik  tipe  komposit  menunjukkan kinerja yang sangat baik dengan dukungan fabrikasi yang penting dalam penentuan struktur, sifat, dan kinerjanya.
Qin,  Y.,  Hu,  Y., Koehler,  S.,  Cai,  L., Wen,  J.,  Tan,  X.,  ... & Yu, M. (2009) Bahasa Inggris
Lokasi  penelitian  di  Cina.  Artikel  membahas  tentang teknik  pengecoran  inversi  fase  in-situ  area  luas  untuk membuat  membran  grafin  berlubang  berlapis  tunggal berukuran  63  cm 2 untuk  nanofiltrasi  ultra  cepat  yang dapat  beroperasi  pada  tekanan  hingga  50  bar.  Hasil penelitian  menyatakan  bahwa  teknik  tersebut  layak diajukan  untuk  membuat  grafin  berlapis  tunggal  yang luas, berkualitas tinggi, dan berpotensi digunakan sebagai membran nanofiltrasi bertekanan. Literatur pendukung Chang, C. H., Gopalan,  R.,  &  Lin, Y. S. (1994) Bahasa Inggris Lokasi  penelitian  di  Ohio,  Amerika  Serikat.  Artikel membahas  tentang  perbandingan  stabilitas  termal  dan hidrotermal membran alumina, titania dan zirkonia. Hasil penelitian  menyatakan  bahwa  luas  permukaan  pori  dan volume  menurun  dalam  urutan:  palumina>  titania> zirkonia.  Ukuran  pori  rata-rata  dari  ketiga  membran keramik  ini  bervariasi  dalam  urutan  yang  berlawanan. Kisaran  suhu  untuk  transformasi  ketiga  membran keramik  ini  dari  fase  metastabil  ke  fase  stabil  menurun dalam  urutan:  alumina>  zirkonia>  titania,  konsisten dengan urutan energi aktivasi untuk transformasi fase dan perbedaan  struktur  fase  antara  fase  metastabil  fase  dan fase  stabil  dari  ketiga  membran  keramik  ini.  Uap memiliki  efek  yang  lebih  kecil  dalam  peningkatan transformasi  fasa  dan  perubahan  struktur  membran
alumina,  tetapi  lebih  besar  meningkatkan  transformasi membran zirkonia dan titania.
Sagle, A., & Freeman, B. (2004) Bahasa Inggris Lokasi  penelitian  di  Dinas  Riset  Naval.  Artikel membahas  tentang  teknik  pengolahan  air  menggunakan membran  mikrofiltrasi  (MF),  ultrafiltrasi  (UF),  reverse osmosis (RO), dan nanofiltrasi (NF). Artikel menyatakan bahwa  teknik  pengolahan  air  menggunakan  membran mempunyai  peluang  pengembangan  yang  baik  terutama untuk pemurnian air laut menjadi air konsumsi.

## PEMBAHASAN
1. Metode Sol-gel Membran
Zirconia.titania
Kreiter et al. (2008) menyatakan bahwa pada tahap persiapan, metode sol-gel menggunakan  Zirconium  propoxida  dan Titanium (IV) isopropoxida sebagai prekursor  untuk  membran  (Zr 1-x Ti x )O 2 . Prekursor diaduk dengan asam asetat, pelarut aseton, aquades dan bahan aditif menggunakan magnetic  stirer hot  plate. Larutan  membran  kemudian  di- coating pada substrat  pori  (Al 2 O 3 )  menggunakan  metode dip coated dan  dilanjutkan  dengan  proses drying untuk  menghasilkan  fase gel serta selanjutnya melakukan tahap sintering.
Lebih  lanjut,  sampel  air  limbah dianalisa  menggunakan X-ray  diffractometer (XRD)  Rigaku  D/max-III  menggunakan radiasi Cu-Kα dengan sudut 2θ pada rentang 5 –  80 o pada kecepatan pemindaian 2 o /menit dan ukuran rentang 0,02 o C. Rietveld refinement dilakukan menggunakan software Xpert  Highscore  Plus (Kreiter et  al. ,  2008). Sejalan  dengan  pernyataan  Kreiter et  al. (2008),  Schattka et  al. (2006)  menyarankan
uji  XRD  untuk  mengetahui  struktur  kristal, parameter  kisi,  ukuran  kristalit,  posisi  atom dan  bilangan  oksidasi  masing-masing  atom penyusun.  Komposisi  dan  konsentrasi  unsur yang terdapat pada sampe diuji menggunakan X-ray Fluoresence (XRF).
Morfologi sampel diobservasi menggunakan
Scanning Electron Microscopy (SEM).  Sebelum  dilakukan  uji SEM,  permukaan  sampel  dilakukan  proses coating terlebih  dahulu  untuk  meningkatkan hasil  pemindaian  dan  mengurangi  kerusakan termal.  Absorbsi  dan  reduksi  sinar  UV  pada sampel  dievaluasi  menggunakan  UV-Vis Spektrometer.  Uji  fluks  air  digunakan  untuk mengukur  permeabilitas.  Sampel  membran ditempatkan  dalam  sel  ultrafiltrasi  sistem dead  end .  Pengukuran  fluks  membran dilakukan melalui pengukuran volume permeate (Schattka et al. , 2006; Kreiter et al , 2008).
Sintesis  material  membran  perpaduan zirconia  dan  titania (Zr1-xTix)O 2 dengan substrat Al 2 O 3 dengan menggunakan metode sol-gel. Sampel dikarakterisasi menggunakan  metode  X -ray  Difftraction
(XRD)  dan Scanning  Electron  Microscope
(SEM). X -ray Difftraction Pattern
mengkonfirmasi material berstruktur tetragonal, dan menunjukkan sejumlah puncak  yang  mengindikasikan  sampel  ini adalah material polikristalin. Struktur tetragonal  ditunjukkan  oleh  bidang  (211), (101),  dan  (110)  dengan  intensitas  tertinggi pada  26,38 0 ,  33,62 0 ,  dan  51,55 0 .  Membran titania  memiliki  resistensi  kimiawi  yang paling  besar  sehingga  dapat  menjaga kestabilan  strukturnya  secara  kimiawi,  dan
memiliki  sifat  resistansi  termal  yang  paling besar  (Al-Hamdi,  Rinner,  &  Sillanpää, 2017),  dan  membran  zirkonia  merupakan material  dengan  kestabilan  termal  yang tinggi sehingga sesuai untuk digunakan pada lapisan  teratas: micro  filtration (MF), ultra filtration (UF),  dan nano  filtration (NF) untuk air dan limbah (Budnyak et al. , 2015), dengan  demikian  tidak  akan  terjadi  fase tambahan yang diobservasi setelah dilakukan dopping substrat Al 2 O 3 seperti yang disajikan dalam Gambar 1.
Gambar 1. Hasil X-ray Difftraction (XRD) Pattern
Proses berlanjut ke pemindaian sampel menggunakan SEM dilakukan untuk melakukan karakterisasi mikrostruktur (Schattka et  al. ,  2006;  Kreiter et  al. ,  2008). Analisis  image  SEM  akan  menunjukkan telah  terbentuknya  grain  dengan  grain boundary  yang  terlihat  jelas  seperti  yang disajikan dalam Gambar 2. Bidang tetragonal kembali  terkonfirmasi  dari  morfologi  grain. Grain  memiliki  bentuk  yang  seragam, dengan  bentuk  seperti  butiran  memanjang (Budnyak et al. , 2015).
Material yang dihasilkan dari pemindaian  sampel  merupakan  material poros,  dengan  porositas  terdistribusi  acak pada  sampel.  Kesuaian  hasil  karakterisasi XRD  dan  SEM  mengkonfirmasi  kisi  d  yang sesuai  dengan  Zr  dan  Ti  pada  nanostruktur. Gambar  2.  terjadi  karena  membran  titania dapat mencegah filtrasi dan oksidasi fotokatalitik  yang  terjadi  secara  bersamaan (Budnyak et  al. ,  2015;  Arabi,  Ghaedi,  & Ostovan,  2017),  sehingga  dapat  dilanjutkan dengan  pembuatan  mineralisasi  senyawa
c
organis  menggunakan  irradiasi  UV  (Das et al. ,  2012),  dimana  titania  berperan  sebagai pendukung, lapisan intermediate , dan lapisan aktif  untuk  UF  dan  NF,  serta  menambah fungsi fotokatalisnya.
Gambar 2. Hasil Scanning Electron Microscope ( SEM)
Material  keramik  berbasis  aluminium untuk fabrikasi membran sangat menentukan fungsi  dan  performansi  dari  membran  ini sendiri.  Pemilihan  material  keramik  berbasis alumina  disesuaikan  dengan  sifat  fisis  dan kimiawinya,  diantaranya  hidroflisitas  dan morfologinya  (terutama  distribusi  poros  dan ukuran  poros),  kestabilan  kimiawi,  kekuatan mekanis.  Substrat  alumina  adalah  salah  satu jenis membran keramik yang memiliki harga yang  relatif  murah  dan  potensial  digunakan untuk  pengolahan  air  limbah  ( wastewater treatment ).  Membran  alumina  ini  dapat digunakan  untuk  micro  filtration  (mF),  ultra filtration  (UF)  dan  nano  filtration  (NF). Material keramik berbasis alumina memenuhi kriteria fisik, kimia, dan ekonomis  dalam  pembuatan  membran  untuk pengolahan air dan limbah (He et al. , 2019).
2. Kinerja  Membran  dalam  Pengolahan

## Air Limbah Domestik
Kinerja membran zirconia.titania , berdasarkan karakteristiknya, dalam pengolahan  air  limbah  dapat  mengurangi kandungan  BOD 5 (Chiras,  1985),  partikel tercampur  (Yudo,  2010),  serta  membunuh organisme  patogen  yang  terkandung  dalam limbah  cair  (Widiyanto,  Yuniarno,  & Kuswanto, 2015). Selain itu, kinerja membran  dalam  pengolahan  air  limbah  juga dapat menurunkan (menghilangkan) konsentrasi  nutrisi,  komponen  beracun,  dan bahan-bahan lain yang tidak dapat didegradasikan  (Sasongko,  2006;  Rusydi, Naily,  &  Lestiana,  2015).  Kinerja  tersebut terjadi melalui proses sintesis membran (Zr 1-
x Ti x )O 2 pada substrat Al 2 O 3 yang dilanjutkan dengan  karakteristisasi  menggunakan X-ray diffractometer (XRD)  Rigaku  D/max-III
menggunakan  radiasi  Cu-Kα  dengan  sudut 2θ  pada  rentang  5  –  80 o pada  kecepatan pemindaian  2 o /menit  dan  ukuran  rentang 0,02 o C. Rietveld refinement dilakukan menggunakan software  Xpert  Highscore Plus (Schattka et  al. ,  2006;  Kreiter et  al. , 2008).
Sintesis  membran  (Zr 1-x Ti x )O 2 pada substrat  Al 2 O 3 menggunakan  metode  sol-gel dengan  dukungan  Zirconium  propoxida  dan Titanium (IV) isopropoxida sebagai prekursor.  Komposisi  dan  konsentrasi  unsur yang terdapat pada sampel yang dikarakterisasi, kemudian diuji menggunakan  X-ray  Fluoresence  (XRF). Morfologi  sampel  diobservasi  menggunakan Scanning  Electron  Microscopy (SEM),  yang sebelumnya  telah  dilakukan  proses coating untuk  meningkatkan  hasil  pemindaian  dan mengurangi  kerusakan  termal.  Absorbsi  dan reduksi  sinar  UV  pada  sampel  dievaluasi menggunakan  UV-Vis  Spektrometer.  Uji fluks air digunakan untuk mengukur permeabilitas. Sampel membran ditempatkan dalam  sel  ultrafiltrasi  sistem dead  end . Pengukuran fluks membran dilakukan melalui pengukuran volume permeate (Belver et  al. ,  2016;  Al-Hamdi,  Rinner,  & Sillanpää, 2017).
Kelemahan  membran  titania  yang dinyatakan  oleh  Qin et  al. (2009)  dan  Al- Hamdi,  Rinner,  &  Sillanpää  (2017)  dalam pengolahan  air  limbah,  khususnya  dalam proses  pengurangan  BOD 5 dan  penurunan
konsentrasi  bahan  bersifat  patogen,  dapat diatasi  dengan  metode  tambahan  yang mendukung kinerja membran zirconia.titania.  Metode  tambahan  tersebut menjadi  fokus  penelitian  lanjutan  supaya kinerja  membran  menjadi  lebih  maksimal dalam pengolahan air limbah domestik.

## KESIMPULAN
Membran zirconia.titania merupakan kandidat  membran  yang  tepat  digunakan untuk  material  filtrasi  air  dengan  kekuatan mekanis dan resistensinya terhadap temperatur  tinggi  dalam  pengolahan  air limbah  domestik.  Kinerja  yang  dihasilkan antara  lain  dapat  mengurangi  kandungan BOD 5 , partikel tercampur, membunuh organisme  patogen  yang  terkandung  dalam limbah cair, sekaligus menurunkan (menghilangkan) konsentrasi nutrisi, komponen  beracun,  dan  bahan-bahan  lain yang tidak dapat didegradasikan.
Material  filtrasi  air  dalam  pengolahan air  limbah  domestik  harus  memperhatikan sifat fisik dan kimianya, mencakup kestabilan termal dan kimiawi, mikrostruktur (porositas dan ukuran pori-pori), hidrophilicity , dan kekuatan mekanis, namun juga perlu mempertimbangkan aspek pembiayaan yang rendah. Membran zirnonia.titania membutuhkan  pembiayaan yang  relatif  lebih  rendah  dalam  mensintesis sebuah material.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Terima  kasih  kepada  Kementerian  Riset  dan Pendidikan  Tinggi  yang  telah  membiayai penelitian  ini  melalui  hibah  Simlitabmas tahun  2019  dengan  skema  Penelitian  Dosen Pemula. Terima kasih  juga kepada Lembaga Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat  (LPPM),  Universitas  Kristen Indonesia,  yang  telah  memfasilitasi  proses administrasi  sejak  saat  proses  penyusunan proposal  sampai  dengan  tahap  pelaporan final. Terakhir, terima kasih kepada Fakultas Keguruan  dan  Ilmu  Pendidikan,  Universitas Kristen  Indonesia,  yang  terus  dan  selalu mendorong kolaborasi penelitian antar program studi.

## DAFTAR PUSTAKA
Al-Hamdi,  A.  M.,  Rinner,  U.  &  Sillanpää,
M. (2017). Tin dioxide as a photocatalyst  for  water  treatment:  A review.  Process  Saf.  Environ.  Prot. 107, 190–205.
Alley,  E.  R.  (2007). Water  quality  control handbook (Vol. 2). New York: McGraw-Hill.
Arabi, M., Ghaedi, M. & Ostovan, A. (2017).
Water compatible molecularly imprinted  nanoparticles  as  a  restricted access  material  for  extraction  of hippuric  acid,  a  biological  indicator of toluene  exposure,  from  human  urine. Microchim. Acta 184, 879–887.
Belver,  C.,  Bedia,  J.,  Álvarez-Montero,  M. A.  &  Rodriguez,  J.  J.  (2016).  Solar photocatalytic  purification  of  water with
Ce-doped TiO2/clay heterostructures. Catal. Today 266, 36– 45.
Budnyak,  T.  M.,  Pylypchuk,  I.  V.,  Tertykh, V. A., Yanovska, E. S. & Kolodynska, D.  (2015).  Synthesis  and  adsorption properties of chitosan-silica nanocomposite  prepared  by  sol-gel method. Nanoscale Res. Lett. 10, 1–10.
Chang,  C.  H.,  Gopalan,  R.,  &  Lin,  Y.  S.
(1994).  A  comparative  study  on thermal  and  hydrothermal  stability  of alumina, titania and zirconia membranes. Journal of Membrane
Science , 91 (1-2), 27-45.
Cheremisinoff,  N.  P.  (2001). Handbook  of water and wastewater treatment technologies . Butterworth-Heinemann. Chiras,  D.  1985.  Environmental  Science,  A
Framework  for  Decision  Making.  The Benjamin  /  Cummings  Publishing Company, Inc., Canada.
Das,  S.  K.,  Khan,  M.  M.  R.,  Guha,  A.  K., Das,  A.  R.  &  Mandal,  A.  B.  (2012). Silver-nano biohybride material: Synthesis, characterization and application in water purification. Bioresour. Technol. 124, 495–499.
He, Z., Lyu,  Z., Gu, Q., Zhang, L. & Wang,
J.  (2019).  Ceramic-based  membranes for  water  and  wastewater  treatment.
Colloids  Surfaces  A  Physicochem. Eng. Asp. 578, 123513.
Kreiter,  R.,  Rietkerk,  M.  D.,  Bonekamp,  B. C., van Veen, H. M., Kessler, V. G., & Vente,  J.  F.  (2008).  Sol–gel  routes  for microporous zirconia and titania membranes. Journal  of  sol-gel  science and technology , 48 (1-2), 203-211.
Nair,  K.  K.,  Kumar,  P.,  Kumar,  V.,  Harris, R.  A.,  Kroon,  R.  E.,  Viljoen,  B.,  ...  & Swart,  H.  C.  (2018).  Synthesis  and evaluation of optical and antimicrobial properties of Ag-SnO2 nanocomposites. Physica B:
Condensed Matter , 535 , 338-343.
Qin,  Y.,  Hu,  Y.,  Koehler,  S.,  Cai,  L.,  Wen, J.,  Tan,  X.,  ...  &  Yu,  M.  (2017). Ultrafast  nanofiltration  through  large- area single-layered graphene membranes. ACS  Applied  Materials  &
Interfaces , 9 (11), 9239-9244.
Rusydi,  A.  F.,  Naily,  W.,  &  Lestiana,  H. (2015).  Pencemaran  limbah  domestik dan  pertanian  terhadap  airtanah  bebas di  kabupaten  Bandung. RISET  Geologi dan Pertambangan , 25 (2), 87-97.
Said,  N.  I.,  &  Marsidi,  R.  (2005). Mikroorganisme  Patogen  Dan  Parasit Di  Dalam  Air  Limbah  Domestik  Serta
Alternatif Teknologi Pengolahan. Jurnal Air Indonesia , 1 (1).
Sagle, A., & Freeman, B. (2004).
Fundamentals  of  membranes  for  water treatment. The future of desalination in Texas , 2 (363), 137.
Sasongko,  L.  A.  (2006). Kontribusi  Air Limbah Domestik Penduduk Di Sekitar Sungai  Tuk  Terhadap  Kualitas  Air Sungai Kaligarang Serta Upaya Penanganannya (Studi Kasus
Kelurahan  Sampangan  dan  Bendan Ngisor  Kecamatan  Gajah  Mungkur Kota Semarang) (Doctoral dissertation, Program Pascasarjana Universitas Diponegoro).
Schattka,  J.  H.,  Wong,  E.  H.  M.,  Antonietti, M.,  &  Caruso,  R.  A.  (2006).  Sol–gel templating  of  membranes  to  form thick,  porous  titania,  titania/zirconia and  titania/silica  films. Journal  of Materials  Chemistry , 16 (15),  1414-
1420.
Waluya,  L.  (2005).  Bioremidiasi  Limbah Domestik  Ramah Lingkungan Di  Kota Malang: Suatu Upaya Mengatasi Pencemaran Kawasan Padat
Huni. Jurnal Gamma , 1 (1).
Widiyanto, A. F., Yuniarno, S., & Kuswanto,
K.  (2015).  Polusi  air  tanah  akibat limbah  industri  dan  limbah  rumah tangga. KEMAS: Jurnal Kesehatan Masyarakat , 10 (2), 246-254.
Yudo,  S.  (2010).  Kondisi  Kualitas  Air Sungai  Ciliwung  Di  Wilayah  Dki
Jakarta Ditinjau Dari Paramater
Organik,  Amoniak,  Fosfat,  Deterjen Dan Bakteri Coli. Jurnal Air
Indonesia , 6 (1).
Zhang, W., Liu, N., Cao, Y., Lin, X., Liu, Y.,
&  Feng,  L.  (2017).  Superwetting porous materials for wastewater treatment:  from  immiscible  oil/water
mixture to emulsion separation. Advanced
Materials
Interfaces , 4 (10), 1600029.