Membran Ultrafiltrasi Polisulfon/TiO 2 (Psf/TiO 2 ) Sebagai Filter Pada

## Pencemaran Air Oleh Bahan Bakar Solar
Ultrafiltration Membrane Of Polysulfone/ TiO 2 (Psf/TiO 2 ) For Diesel Fuel

## Polluted Water Filtration
Alfian Yulia Rahmat 1,* , Intan Syahbanu 1 , Rudiyansyah 1 ,
1 Prodi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Tanjungpura, Pontianak *E-mail: Alfianyr26@gmail.com
DOI: https://doi.org/10.26874/jkk.v3i1.46
Received : 6 Jan 2020, Revised: 31 May 2020, Accepted : 31 May 2020, O nline : 31 May 2020

## Abstrak
Membran merupakan suatu bagian yang penting dalam proses ultrafiltrasi untuk memisahkan air dari pengotornya.  Umumnya  membran  dibuat  dari  polimer  yang  memiliki  ketahanan  yang  baik  dalam proses filtrasi. Salah satu jenis polimer tersebut misalnya polisulfon (PSF). Ketahanan fisik yang baik menjadi keunggulan PSF sebagai material dalam pembuatan membran, akan tetapi sifat hidrofobik PSF membuat kinerja membran menjadi kurang efisien. Proses blending dengan menggunakan TiO 2 dapat menurunkan  hidrofobisitas  dari  PSF,  akan  tetapi  tetap  mempertahankan  keunggulan  dari  membran tersebut. Proses blending dilakukan dengan metode inversi fasa. Bentuk fisik membran diamati dengan menggunakan analisis SEM dan XRD. Susunan pori pada kedua membran terlihat asimetrik namun membran  PSF/TiO 2 memiliki  susunan  pori  yang  lebih  teratur.  Kristalinitas  yang  baik  terlihat  pada membran PSF/TiO 2 dengan ukuran kristal 27 nm sedangkan PSF murni terlihat lebih amorf. Kinerja membran dapat dilihat dengan memperhatikan beberapa parameter setelah dilakukan uji kinerja dengan menggunakan suatu emulsi solar dalam air. Beberapa parameter tersebut seperti fluks, rejeksi, dan total fouling setelah  dilakukan  proses  filtrasi  emulsi.  Nilai  fluks  membran  PSF/TiO 2 menunjukkan  hasil yang lebih baik yaitu 21,05 L/m 2 jam. Rejeksi dari membran PSF/TiO 2 juga tampak lebih baik, yaitu 70,857%. Total fouling juga terlihat lebih baik pada membran PSF/TiO 2 , yaitu 42,34%. Penambahan TiO 2 dengan komposisi 10% dari total PSF yang digunakan dapat meningkatkan kinerja serta morfologi membran sehingga menjadi lebih baik.
Kata kunci: Filtrasi, Fluks, Membran, Polisulfon, TiO 2

## Abstract
Membrane is an important part in ultrafiltration process to split up water from its impurities. Commonly membranes are made of polymer which has adequate resistance in filtration process. One type of them is polysulfone. Good physical endurance is its supremacy as material in the manufacture of membranes. Nevertheless,  the  hydrophobic  nature  of  polysulfone  makes  membrane  performance  less  efficient. Blending process using TiO 2 can lessen the hydrophobicity of polysulfone, but still maintain membrane primacy.  The  blending  process  was  carried  out  by  the  phase  inversion  method.  Membrane  physical structure was observed by SEM and XRD analysis. The pore arrangement on both membranes looks asymmetric.  However,  the  PSF/TiO 2 membrane  has  more  systematic  pore  disposition.  Good crystallinity was noticed on PSF/TiO 2 membranes with crystal size of 27 nm whereas pure polysulfone looks more amorphous. Membrane performance can be discerned by considering various parameters after performance tests by using diesel fuel emulsion in water.  Some of these parameters include flux, rejection,  and  total  fouling  after  the  emulsion  filtration  process.  PSF/  TiO 2 membrane  flux  values
showed better results at 21.05 L/m 2 hour. Rejection of the PSF/TiO 2 membrane  looked better as well, spesifically 70,857%. Total fouling showed preferable result on the PSF/TiO 2 membrane, which was 42.34%. The insertion of TiO 2 by a composition of 10% of the total PSF used can improve membrane performance and morphology.
Keywords: Filtration, Flux, Membrane, polysulfone, TiO 2

## 1 Pendahuluan
Teknik  pemisahan  dengan  menggunakan teknologi  filtrasi  merupakan  salah  satu  jenis pemisahan  komponen  yang  bersifat  sangat spesifik,  yaitu  menahan  suatu  komponen  dan melewatkan  komponen  lainnya  yang  tergabung dalam  satu  jenis  campuran  [1].  Membran  pada umumnya  dibuat  dari  suatu  bahan  polimer. Polimer dipilih karena sifatnya yang relatif kuat, hal  tersebut  merupakan  salah  satu  poin  yang harus diperhatikan pada proses filtrasi. Polisulfon (PSF)  merupakan  salah  satu  jenis  polimer  yang biasa  digunakan  sebagai  membran.  PSF  banyak dipilih karena tahan terhadap temperatur, pH, dan klorin. Akan tetapi PSF memiliki sifat hidrofobik yang  mengakibatkan  kinerja  membran  dalam filtrasi kurang maksimal karena akan mengurangi nilai  fluks  yang  berdampak  pada  waktu  filtrasi menjadi lebih lama. Upaya dalam meningkatkan sifat hidrofilik membran yang dibuat dari bahan PSF ini dapat dilakukan melalui proses blending dengan  suatu  material  yang  sifat  hidrofiliknya relatif lebih tinggi dari polisulfon.
Material  TiO 2 dengan  sifat  hidrofilik  yang baik  dapat  dipilih  sebagai  alternatif  dalam  upaya meningkatkan kinerja membran polisulfon. Penambahan TiO 2 dapat meningkatkan nilai fluks yang  dapat  berimbas  pada  waktu  filtrasi  menjadi legih cepat sehingga akan lebih efisien dan efektif dalam  proses  filtrasi.  Pembuatan blending membran PSF/TiO 2 menggunakan metode inversi fasa. Inversi fasa yang digunakan pada penelitian ini  yaitu  inversi  fasa  dengan  perendaman  dalam suatu nonsolvent dari  komposisi  membran.  Hasil sintesis yang diharapkan dari penelitian ini berupa membran  asimetrik  dengan  pola  pori-pori  yang teratur.  Jenis  membran  seperti  ini  sangat  cocok digunakan  dalam  filtrasi  bertekanan  tinggi  [2]. Proses ultrafiltrasi dilakuakan dengan teknik dead end . Pada sistem ini suatu cairan akan dilewatkan menembus  membran  dan  akan  diperoleh  cairan yang  disebut  filtrat  yang  telah  berhasil  melewati membran  tersebut  [3].  Jenis  emulsi  yang digunakan pada penelitian ini yaitu solar dalam air
sebagai role model dari pencemaran perairan oleh bahan bakar solar) .

## 2 Metode Penelitian
Penelitian  ini  dilakukan  dalam  beberapa tahapan, yaitu :

## 2.1   Pembuatan membran PSF
Pembuatan  membran  PSF  merujuk  pada penelitian  [4]  yaitu  dengan  teknik  inversi  fasa. Sebanyak 4,5 g dikeringkan dalam oven selama 2 jam pada suhu 70 0 C. PSF yang telah 2 jam dioven selanjutnya dimasukkan dalam desikator sampai dingin.  PSF  yang  telah  dingin  dilarutkan  dan direndam dalam NMP sebanyak 23,3 mL selama 12  jam.  Campuran  yang  telah  direndam  selama 12  jam  selanjutnya  diaduk  sampai  homogen. Campuran  homogen  selanjutnya  ditambahkan PEG 1,33 mL dan selanjutnya di tuangkan pada plat  kaca.  Campuran  yang  telah  diratakan  pada plat  kaca  dimasukkan  ke  dalam  bak  koagulasi hingga  lembaran  membran  terbentuk.  Membran yang  telah  terbentuk  selanjutnya  di  kering anginkan.

## 2.2   Pembuatan membran PSF/TiO2
Mengacu  pada  penelitian  [4],  membran PSF/TiO 2 dibuat  dengan  teknik  inversi  fasa. Sebanyak  4,5  g  PSF  dimasukkan  dalam  oven selama 2 jam dan selanjutnya dimasukkan dalam desikator  hingga  dingin.  Sampel  yang  telah dikeringkan selanjutnya dilarutkan dengan NMP sebanyak 23,3 mL dan didiamkan selama 12 jam. Campuran yang  telah  didiamkan  selama 12 jam distirer hingga larut sempurna. Tahap selanjutnya ditambahkan  TiO 2 sebanyak  0,45  g  pada campuran.  Pengadukan  terus  dilakukan  hingga campuran  homogen.  Campuran  yang  telah homogen  dituangkan  dan  diratakan  pada  plat kaca, setelah rata selanjutnya dimasukkan dalam bak  koagulasi  dan  didiamkan  hingga  terbentuk lembaran membran.

## 2.3    Uji kinerja membran Pembuatan emulsi minyak dan air
Emulsi  dibuat  dengan  cara  mencampurkan solar  sebanyak  5  mL  ke  dalam  500  mL  air. Sebanyak  0,5  mL  emulgator Tween 80 ditambahkan dalam campuran lalu diaduk dengan magnetic stirrer hingga homogen.

## Pembuatan reagen Sudan Blue II
Reagen Sudan  Blue dibuat  dengan  cara melarutkan sebanyak 0,0021 g serbuk Sudan Blue ke dalam 100 mL aseton.

## Pembuatan kurva standar
Kurva standar dalam analisis Spektrofotometer  UV-Vis  dibuat  dari  emulsi solar/air yang dibuat beberapa variasi konsentrasi mulai dari 3 mL, 2 mL, 1 mL, 0,75 mL, 0,5 mL, 0,25  mL  dan  0  mL  emulsi  solar  dalam  25  mL akuades. Scanning dilakukan  pada  rentang panjang gelombang 300-800 nm.

## Uji Fluks
Uji  fluks  dilakukan  dengan  mengalirkan  air melalui  membran  yang  telah  dipasang  pada perangkat  filtrasi.  Tahap  awal  yang  dilakukan untuk  mengondisikan  membran  yaitu  dengan kompaksi.  Air  dialirkan  pada  tekanan  1,5  bar hingga  nilai  fluks  konstan.  Volume  air  yang melewati  membran  ditampung  pada  gelas  ukur dan dicatat setiap 5 menit sekali hingga menit ke- 30.  Selanjutnya  dapat  dihitung  nilai  fluks  total dengan persamaan [5]:
Fluks = V A.t
dengan:
V  = Volume t   = Waktu A  = Luas permukaan Membran

## Uji rejeksi
Uji  rejeksi  dilakukan  dengan  menggunakan Emulsi  Solar/air  dalam  suatu  perangkat  filtrasi dengan  membran  yang  telah  dikompaksi sebelumnya,  filtrasi  dilakukan  pada  tekanan  1,5 bar. Metode pemisahan ini mengacu pada metode penelitian yang dilakukan oleh [6]. Proses filtrasi dilakukan selama 1 jam dengan mencatat volume permeat  setiap  5  menit.  Setelah  1  jam,  permeat dan  emulsi  yang  masih  tertahan  pada  perangkat filtrasi dianalisis dengan Spektrofotometer UV-
Vis dengan menggunakan reagen Sudan Blue II.

## Uji karakteristik fouling
Penentuan  ketahanan fouling membran dilakukan  dengan  cara  menguji  membran menggunakan emulsi solar. Mula-mula membran dipotong  berbentuk  lingkaran  dengan  diameter 4,22  mm.  potongan  membran  selanjutnya dimasukkan ke dalam perangkat filtrasi. Kompaksi  terhadap  membran  dilakukan  kurang lebih  selama  1  jam  hingga  diperoleh  nilai  fluks yang  konstan.  Setelah  konstan mulai  ditentukan nilai  fluks  air  selama  1  jam  (JW1).  Setelah diperoleh  nilai  JW1  selanjutnya  air  di  dalam perangkat  filtrasi  diganti  dengan  emulsi  solar. Dilakuakan  filtrasi  selama  1  jam  dan  dicatat volume  permeat  yang  diperoleh  (J2).  Setelah diperoleh  fluks  larutan  umpan,  larutan  umpan diganti  dengan  menggunakan  akuades  dan dilakukan  proses  filtrasi  selama  1  jam  dan ditentukan nilai fluks nya (JW2).
Karakteristik fouling pada  membran  dapat ditentukan  dengan  menggunakan  metode  dan persamaan sebagai berikut [5]:
𝑅 𝑡 = (1 − 𝐽 2 𝐽 𝑤2 ) × 100%
Dengan:
Rt = Total fouling J 2 = Fluks permeat J w2 = Fluks air setelah emulsi
3 Hasil dan Diskusi
Proses sintesis
membran perlu memperhatikan beberapa hal agar diperoleh suatu membran dengan permukaan dan sifat fisik sesuai dengan  yang  diharapkan.  Selain  dari  komposisi membran  perlakuan  saat  proses  pembuatan  juga perlu  diperhatikan.  Membran  ultrafiltrasi  dalam penelitian  ini  menggunakan  bahan  utama  berupa PSF murni dan PSF yang dipadukan dengan TiO 2 . Komposisi membran dibuat sama antara membran PSF  murni  dengan  PSF/TiO 2 .  Sintesis  membran ultrafiltrasi  berbasis  PSF  dan  TiO 2 dilakukan dengan  menggunakan  metode  inversi  fasa. Pembentukan lembaran membran dengan menggunakan  metode  ini  dilakukan  secara terkendali dari fase cair hingga menjadi lembaran membran. Gambar  1.  Menunjukkan  hasil  dari membran  PSF  murni  dan  membran  PSF  yang  di blending dengan menggunakan TiO 2 .
Gambar 1 . Hasil sintesis membran berbasis PSF dan TiO 2
Secara  kasat  mata  kedua  membran  tampak  sama dan  tidak  dapat  dibedakan  satu  sama  lain. Perbedaan  yang  signifikan  dapat  diamati  dengan menggunakan  analisis  SEM.  Analisis  dengan menggunakan  SEM  akan  memperlihatkan  secara detail perbedaan dari kedua membran. Bentuk dan susunan  pori  akan  tampak  jelas  perbedaannya. Hasil  analisis  dengan  menggunakan  SEM ditunjukan  pada  Gambar  2.  menunjukkan penampang  melintang  membran  dan  bentuk morfologi dari kedua membran.
Gambar 2 . Penampang melintang membran (a) PSF murni dan (b) PSF/TiO 2
Hasil  analisis  dengan  menggunakan  SEM menunjukkan  bentuk  pori yang  asimetrik  antara kedua  membran.  Walaupun  kedua  membran berbentuk asimetrik akan tetapi memiliki sedikit perbedaan  pada  susunan  pori  kedua  membran. Membran PSF/TiO 2 memiliki susunan yang lebih teratur dibandingkan dengan PSF murni. Bentuk
yang  demikian  akan  membuat  kinerja  dari membran  PSF/TiO 2 lebih  maksimal  dalam melakukan  proses  filtrasi.  Efektifitas  kinerja membran  dapat  dilihat  melalaui  beberapa parameter  seperti  nilai  fluks,  rejeksi,  dan  nilai fouling setelah dilakukan proses filtrasi.
Tabel 1. Data uji kinerja membran PSF dan PSF/TiO 2 Membran rejeksi (%) Rata- rata (%) Fluks (L/m 2 jam) Rata rata (L/m 2 jam) Fouling total (%) Rata-rata (%) PSF 1 65,960 55,899 0,822 0,674 60,714 68,455 PSF 2 45,838 0,526 55 PSF/TiO 2 1 69,394 71,614 11,84 21,05 28,73 42,34 PSF/TiO 2 2 72,320 30,26 55,95 (a) (b)
Melalui data fluks dapat diketehui seberapa cepat  proses  filtrasi  berlangsung.  Tingkat kecepatan dari filtrasi ini dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti morfologi  membran dan juga  sifat  hidrofilisitas  membran.  Membran PSF/TiO 2 memiliki nilai fluks yang lebih tinggai dari  membran  PSF  murni  yaitu  21,05  L/m 2 jam berbanding  0,674  L/m 2 jam.  Besaran  nilai  fluks ini  dipengaruhi  oleh  sifat  hidrofilisitas  dari membran.  PSF  merupakan  jenis  polimer  yang hidrofobik,  PSF  tersusun  dari  beberapa  cincin aromatik dan juga gugus sulfonat yang membuat sifat  hidrofobiknya  menjadi  besar.  Dengan melakukan blending menggunakan  TiO 2 ,  maka sifat  hidrofilik  dari  membran  dapat  meningkat. TiO 2 memiliki  orbital  kosong  yang  sangat memungkinkan dirinya untuk menarik pasangan elektron  bebas  unsur  O  yang  dimiliki  oleh  air, dengan  demikian  akan  memudahkan  untuk mengalirkan emulsi memalui membran tersebut.
Rejeksi  merupakan  salah  satu  faktor  yang dapat  menjadi  parameter  seberapa  efektif membran  melakukan  filtrasi.  Nilai  rejeksi  ini dapat dilihat dari konsentrasi dari emulsi sebelum dan sesudah proses filtrasi. Konsentrasi tersebut diukur  dengan  menggunakan  spektrofotometer
UV-Vis.  Membran  PSF  murni  memiliki  nilai 55,899%  sedangkan  PSF/TiO 2 memiliki  nilai yang lebih besar, yaitu 71,614%. Semakin besar nilai  rejeksi  menunjukkan  semakin  banyak konsentrasi  emulsi  yang  tertahan,  atau  dengan kata  lain  permeat  yang  dihasilkan  lebih  bersih. karakteristik fouling perlu  diperhatikan  untuk melihat  seberapa  besar  terjadi  penutupan  pori pori  membran.  Proses  filtrasi  bersifat  sangat spesifik, yaitu dengan menahan salah satu zat dari suatu campuran dan melewatkan zat lainnya, oleh sebab itu semakin sering membran dipakai untuk melakukan  filtrasi  maka  akan  semakin  banyak pengotor  yang  tertahan  di  permukaan  dan  pori pori  membran.  PSF/TiO 2 memiliki  nilai fouling yang  lebih  rendah  dari  membran  PSF,  yaitu 42,34% berbanding 68,455%.
Kristalinitas  membran  turut  berperan  dalam kinerja  membran.  Keberadaan  TiO 2 pada komposisi membran ultrafiltrasi membuat membran  menjadi  lebih  kristalin  sehingga susunan  porinya  lebih  teratur  jika  dibandingkan dengan membran PSF murni. Tingkat kristalinitas tersebut diamati dengan menggunakan XRD.
Gambar 3. Difraktogram membran (a) PSF dan (b) PSF/TiO 2 0 200 400 600 800 1000 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Intensit as 2θ 25,3086 37,8127 47,9998
Tabel 2 . Hasil analisis membran PSF/TiO 2
Kemunculan  puncak  difraktogram  TiO 2 diinterpretasikan dengan membandingkan posisi 2ϴ hasil analisis dengan data ICDD. Selanjutnya dari  data  tersebut  ditentukan  ukuran  kristal dengan menggunakan persamaan Debye Scherrer dan  diperoleh  ukuran  kristal  sebesar  27 nm . Kristalinitas  dari  membran  membuat  susunan pori dan bentuk morfologi dari membran menjadi lebih rapi.

## 4 Kesimpulan
Membran  PSF/TiO 2 memiliki  kinerja  yang lebih baik dalam melakukan proses filtrasi. Hal ini ditunjukkan dengan beberapa nilai parameter yang lebih unggul dibandingkan dengan membran PSF murni. Beberapa parameter tersebut seperti fluks, rejeksi dan fouling total pada proses filtrasi. Nilai rejeksi  dan  fluks membran  PSF/TiO 2 relatif lebih besar  yaitu  71,614%  dan  21,05  L/m 2 jam sedangkan untuk membran dengan komposisi PSF murni memiliki nilai rejeksi sebesar 48,646% dan fluks  sebesar  0,674  L/m 2 jam. Fouling sebagai parameter penumpukan residu dari emulsi terlihat lebih  besar  pada  membran  tanpa  TiO 2, yaitu 68,45%  sedangkan  untuk  membran  PSF/TiO 2 memiliki nilai fouling yang relatif lebih kecil yaitu 42,34%.  Morfologi  dan  pori  pori  membran  juga tampak lebih teratur pada membran PSF/TiO 2 .

## Ucapan Terima Kasih
Ucapan  terimakasih  penulis  ucapkan  kepada Comdev dan Outhreaching
Universitas Tanjungpura Pontianak atas dukungan berupa dana penelitian.

## Daftar Pustaka
[1]   Rosnelly  CM.  Pengaruh  Rasio  Raditif Polietilenglikol  Terhadap  Selulosa  Asetat pada  Pembuatan  Membran  Selulosa  Asetat Secara  Inversi  Fasa. J  Rekayasa  Kim  dan Lingkung . 2012.
[2]   Mulyati  S,  Takagi  R,  Fujii  A,  Ohmukai  Y, Maruyama  T,  Matsuyama  H.  Improvement of  the  antifouling  potential  of  an  anion exchange membrane by surface modification with  a  polyelectrolyte  for  an  electrodialysis process. J Memb Sci . 2012. 417–418:137–43. http://dx.doi.org/10.1016/j.memsci.2012.06. 024
[3]   Japonika  H.  Pemisahan  dengan  Membran Ultrafiltrasi dalam Industri Bioproses. :1–8.
[4]   Zhong L, Gao Y, Li B, Zhang L. Preparation of hydrophilic polysulfone porous membrane by  use  of  amphiphilic  cellulose. J  Appl
Polym Sci . 2014. :n/a-n/a.
http://dx.doi.org/10.1002/app.41664
[5]   Leng C, Han X, Shao Q, Zhu Y, Li Y, Jiang S,  et  al.  In  Situ  Probing  of  the  Surface Hydration of Zwitterionic Polymer Brushes: Structural and Environmental Effects. J Phys
Chem C . 2014. 118(29):15840–5.
http://dx.doi.org/10.1021/jp504293r
[6]   Chen P-C, Xu Z-K. Mineral-coated polymer membranes  with  superhydrophilicity  and underwater  superoleophobicity  for  effective oil/water separation. Sci Rep . 2013. 3:2776.
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/24072204 No. Pos. [°2Th.] d-spacing [Å] Height [cts] FWHM Left [°2Th.] 1 25,3086 3,51917 391,46 0,307 2 37,8127 2,37927 56,2 0,307 3 47,9998 1,89543 76,93 0,307