## Pengaruh Ketebalan Substrat Mikroserat Acak Polipropilena Terhadap Kinerja Filtrasi Udara Membran Nanoserat Poliakrilonitril
The Effect of Nonwoven Microfiber Substrate Polypropylene Thickness to Air Filtration Performance of Polyacrilonitrille Nanofiber
Abdul Rajak 1*) , Tri Siswandi Syahputra 1 , Muhammad Miftahul Munir 2 , Khairurrijal 2 1 Program Studi Fisika, Jurusan Sains, Institut Teknologi Sumatera 2 Program Studi Fisika, FMIPA, Institut Teknologi Bandung
* E-mail: rajak@fi.itera.ac.id

## ABSTRACT
Since  a  nanofiber  medium  on  itself  is  soft  and  fragile  and  cannot  be  used  alone  as  air  filters. Coating  nanofiber  on  a  rigid  substrate  to  form  a  composite  that  can  be  handled  readily  is necessary. Beside can improve the filtration efficiency, adding the substrate will also save the use of nanofibers mat itself. The aim of this study is to evaluate the effect of substrate thickness on the performance  of  nanofibers  mat  in  aerosol  filtration in  order  to  find  the  optimum  thickness  of substrate  that  can  increase  the  quality  of  nanofiber  filter.  The  substrate  used  was  a  low  cost microfiber non-woven fabric made from polypropylene (PP). The nanofibers mat was composed of  electrospun  polyacrylonitrile  (PAN)  with  concentration  of  9  wt.%  which  dissolved  at  N,N dimethylformamide  (DMF).  Five  variations  of  PP  different  in  thickness  was  used  as  substrate. From the SEM image, it was found that there is increasing fiber diameter of PAN after electrospun into PP substrate. From the porosity estimation of each nanofiber, it was found that the porosity decreased with increasing the substrate thickness. For test the performance of nanofiber filter, the particles of polystyrene latex (PSL) which generated by atomizer was used as the aerosol particle. In addition, to evaluate the performance filter in PM 2.5 filtration, the experiment  was carried out with  generate  the  smoke  from  burning  incense.  Air  filtration  performance  of  all  variations  is obtained  by  comparison  the  results  of  measurement  including:  pressure  drop,  efficiency  and quality factor. From the results, there is limitation on the substrates thickness  based on the value of the quality factor obtained. Overall, PP nonwoven as the substrates gives the great contribution on the efficiency of PAN nanofiber.
Keywords: substrate, polypropylene, thickness, nanofiber, air filtration.

## PENDAHULUAN
Filtrasi  udara  menggunakan  media filter berbahan  serat  merupakan  salah  satu  metode paling  efektif  untuk  memisahkan  partikel berukuran  nano,  submikro  dan  mikro  yang bertebaran  di  udara (Kim et  al. ,  2006;  Yun et al. , 2007). Membran nanoserat telah dilaporkan oleh beberapa peneliti memiliki kinerja filtrasi udara  yang  baik  dibandingkan  dengan membran  filter  konvensional. Hal  ini dikarenakan  membran  nanoserat  memiliki karakteristik  unik  seperti  memiliki  rasio  luas permukaan  terhadap  volume  besar,  massa persatuan  luas  kecil, ukuran  pori  kecil dan morfologi  serta  keseragaman  diameter    yang dapat dikontrol (Leung, et al . , 2010; Yun et al. , 2010;  Zhang et  al. ,  2010).  Salah  satu  teknik untuk  memproduksi  membran  nanoserat  yang populer  saat  ini  adalah    pemintalan  elektrik ( electrospinning ).  Teknik  ini  dipilih  karena mampu  menghasilkan  nanoserat  dengan kualitas  yang  baik,  selain  itu  metode  ini  juga
lebih  sederhana  dan  murah  dibandingkan dengan  metode  pembuatan  nanoserat  lainnya (Li et  al. ,  2004;  Rutledge & Fridrikh,  2007; Munir et  al. ,  2009).  Morfologi  nanoserat  dari hasil  pemintalan  elektrik  dapat  dikontrol melalui  pengaturan  parameter  larutan  polimer seperti:  konsentrasi,  viskositas,  tegangan permukaan,  konduktivitas,  dan  pengaturan parameter  proses  seperti:  laju  alir,  tegangan tinggi  dan  jarak  antara  jarum-kolektor (Munir et al. , 2009). Beberapa    bahan  polimer  telah  berhasil disintesis  menjadi  nanoserat  untuk  aplikasi media filter udara diantaranya : poliakrilonitril (PAN) (Yun et  al. ,  2007,  2010;  Balgis et  al. , 2015),  poliamida  (PA) (Matulevicius et  al. , 2014),  selulosa  asetat  (CA)(Chattopadhyay et al. , 2016), polisulfon (PSU) (Huang et al . 2006) dan beberapa kombinasinya (Yang et al. , 2015; Matulevicius et al. , 2016; Nicosia et al. , 2016; S.  Zhang et  al. ,  2016).  Namun  demikian, membran  nanoserat  umumnya  memiliki  sifat

## Pengaruh Ketebalan Substrat Mikroserat …                                (Rajak, dkk)
yang rapuh dan mudah rusak, sehingga dirinya sendiri  tidak  dapat  digunakan  sebagai  media filtrasi udara (Leung et al., 2010). Dalam studi kasus  aplikasi  filter  udara,  untuk  dapat meningkatkan  kekuatan  mekanik  membran nanoserat  dapat  dilakukan  dengan  cara membuat membran nanoserat dengan ketebalan yang  cukup  besar,  namun  dengan  ketebalan besar,  maka  resistansi  dari  membran  ini  juga akan  meningkat.  Filter  udara  yang  baik seharusnya  memiliki  resistansi  serendah mungkin dan efisiensi sebesar mungkin (Bao et al. ,  2016).  Untuk  mengatasi  permasalahan  ini, beberapa  usaha  telah  dilakukan,  salah  satunya adalah dengan cara mengintegrasikan membran nanoserat  dengan  substrat  yang  lebih  kuat. Substrat    umumnya  tersusun  dari  serat-serat secara acak ( nonwoven ) berukuran mikrometer. Beberapa  peneliti menjelaskan  bahwa  dengan menambahkan substrat akan dapat meningkatkan efisiensi filtrasi udara (Wang, et al. ,  2008;  Yoon, et  al. ,  2008;  Leung et  al. , 2009, 2010). Substrat komersial seperti HEPA ( high efficiency particulate air ), ULPA ( ultra- low particulate air ) dan serat kaca ( fiber glass ) umumnya digunakan sebagai substrat oleh para peneliti  terdahulu (Yun et  al. ,  2007).  Namun, filter  substrat  komersial  ini  masih  sangat terbatas  dan  mahal,  sehingga  harus  ditinjau ulang  lagi  penggunaannya  sebagai  substrat. Leung et  al. (2010)  dan Wang et al. (2008) telah mendemonstrasikan secara eksperimen penggunaan substrat berbahan alternatif murah, namun  grup  peneliti  ini  membahas  pengaruh ketebalan  membran  nanoserat  terhadap efisiensi filtrasi, sedangkan pengaruh ketebalan substrat  itu  sendiri  belum  dipelajari  secara detail.  Ketebalan  filter  merupakan  parameter fisis  yang  memiliki  peranan  penting,  maka mempelajari  pengaruh  ketebalan  substrat terhadap  kinerja  filtrasi  menjadi  hal menarik. Dalam penelitian ini telah dibahas secara detail pengaruh  ketebalan  substrat  terhadap  kinerja filtrasi membran nanoserat.
Pada penelitian ini, substrat mikro serat dari bahan  polipropilena  (PP)  dengan  lima  variasi ketebalan digunakan sebagai lapisan tambahan untuk  meningkatkan  efisiensi  dan  sebagai penopang membran  nanoserat.  Subsrat  PP  ini telah  banyak  digunakan  untuk  beragam aplikasi,  dikarenakan  karakteristiknya  yang baik  seperti  pori  yang  terkoneksi  secara  acak satu sama lain, kekuatan termal dan kimia yang
baik  serta  bahan  yang  relatif  murah (Zhao et al. ,  2012).  Dalam hal ini  membran  nanoserat dari  bahan  polimer  poliakrilonitril  (PAN) disintesis  di  atas  substrat  PP  tersebut.  Tujuan dari  penelitian  ini  adalah  untuk  mempelajari efek  ketebalan  substrat  yang  diberikan  pada membran nanoserat terhadap kinerja filtrasinya sehingga  dapat  diperoleh  suatu  nilai  ketebalan optimum.  Pengujian  kinerja  filtrasi  diuji dengan  mengukur  parameter  uji  filter  udara seperti:  penurunan  tekanan  ( pressure  drop ), efisiensi,  dan  faktor  kualitas  ( quality  factor ). Pengujian  ini  dilakukan  dengan  mengalirkan model polusi  udara  berupa  partikel  aerosol polistirena  lateks  (PSL)  melalui filter.  Untuk menguji  kinerja  filtrasi  membran  nanoserat dalam  menyaring  partikel  yang  lebih  besar yang  berukuran  kurang  dari  2,5  µm  (PM 2.5 ), digunakan  model  polutan  yang  berasal  dari asap  hasil  pembakaran  dupa, yaitu telah dilaporkan  dan  direkomendasikan  bahwa  asap ini  sangat  sesuai  untuk  memodelkan  polutan dalam ranah PM 2.5 oleh Zhang et al. (2016).

## METODE
Material Bahan  polimer  poliakrilonitril  (PAN)  dengan  berat molekul  150  kg/mol  digunakan  sebagai  bahan pembuatan  membran  nanoserat,  PAN  dilarutkan dalam  pelarut  dimetilformamida  (DMF),  keduanya merupakan  bahan  pro  analis  yang  diperoleh  dari Sigma-Aldrich,  Singapura. Larutan  PAN  dibuat dengan  konsentrasi  9  %  berat,  kemudian  diaduk menggunakan hot  plate  magnetic  stirrer pada  suhu 80 o C sampai diperoleh larutan yang homogen.
Sedangkan untuk substrat mikroserat polipropilena  (PP),  diperoleh  dari  perusahaan  lokal PT. Spunindo Jaya Nonwoven Manufacture. Tabel 1 menunjukkan  5  macam  mikroserat  PP  dengan berbagai  macam  ketebalan  yang  kami  gunakan dalam studi ini.Gambar 1 menunjukkan struktur fisis secara makroskopik dan mikroskopik yang diperoleh melalui  citra  SEM  dari  substrat  PP.  Dari  hasil pengukuran, substrat PP memiliki diameter rata-rata 19,02 µm.
Tabel  1.  Mikroserat  polipropilena  (PP)  yang digunakan Kode Sampel Massa basis (gr/m 2 ) Ketebalan (mm) PP1 13 0,12 PP2 20 0,18 PP3 30 0,26 PP4 40 0,29 PP5 50 0,32
Gambar 1. Substrat polipropilena dan citra SEMnya.

## Pemintalan Elektrik
Gambar  2  menunjukkan  skematik  diagram  dari teknik  pemintalan  elektrik  yang  digunakan  dalam pembuatan  membran  nanoserat.  Jarum  dengan diameter  0,8  mm  (21G),  laju  alir  larutan  10 µL/menit, tegangan positif 14 kV dan jarak kolektor silinder  terhadap  jarum  sebesar  10  cm  ditetapkan sebagai parameter proses. Kolektor silinder berputar digunakan  sebagai  pengumpul  membran  nanoserat yang  dikeluarkan  dari  jarum,  kolektor  tersebut dibuat  dari  bahan  logam  alumunium  dengan diameter 5 cm dan panjang 18 cm. Sebelum proses pemintalan  dimulai,  permukaan  kolektor  dilapisi oleh  lembaran  substrat  terlebih  dahulu.  Pada masing-masing  variasi  ketebalan  substrat,  proses pemintalan  dijalankan  selama  80  menit  untuk mendapatkan ketebalan nanoserat PAN yang sama.
Gambar  2. Diagram skematik  alat  pemintalan elektrik  yang  digunakan  untuk memproduksi nanoserat.

## Karakterisasi Nanoserat
Hasil membran nanoserat yang diperoleh kemudian dilakukan  karakterisasi meliputi:  pengamatan morfologi  melalui  mikroskop  elektron  ( scanning electron  microscope ,  SEM,  JEOL  JSM-6510LV). Sifat fisis membran nanoserat seperti kerapatan dan porositas  diukur  dengan  menimbang  massa  basis ( basic  weight )  atau  massa  serat  per  satuan  luas menggunakan timbangan digital presisi Fujitsu FSR- A320  dan  ketebalan serat  diukur  menggunakan mikrometer sekrup digital Sylvac S228.

## Pengujian Kinerja Filter Udara
Gambar 3 menunjukkan diagram skematik sistem uji filter  udara  yang  digunakan  untuk  mengukur parameter filtrasi aerosol. Buffer yang berupa tabung ditempatkan  pada  input  aliran  aerosol  agar  aliran udara  dari  pompa  menjadi  stabil.  Regulator  aliran udara ( mass flow controller , MFC) dengan kapasitas maksimum  20  LpM  digunakan  untuk  mengontrol debit (Q) aliran udara pada sistem. Partikel aerosol polistirena  lateks  (PSL)  dan  asap  dupa  digunakan sebagai  model  polutan  aerosol.  PSL  dalam  bentuk suspensi  dengan  pelarut  air  suling  diatomisasi menjadi  aerosol  menggunakan  sebuah  atomizer, selanjutnya hasil aerosol yang mengandung partikel PSL  dialirkan  ke  dalam  sistem.  Untuk  menghitung jumlah  partikel  PSL  sebelum  dan  sesudah  filter, digunakan pencacah partikel berbasis optik ( optical particle counter , OPC, Rion KC-03), ukuran partikel yang dapat diukur oleh OPC mulai dari rentang 0,3 sampai  2  μm.  Untuk  mengurangi  jumlah  partikel yang  mengalir  berlebihan,  sistem  diluter  digunakan untuk  mengencerkan  atau  mengurangi  jumlah partikel  dengan  cara  mencampurkannya  dengan udara  bersih,  sistem  diluter  ini  dikontrol  alirannya menggunakan perangkat MFC. Separator siklon dan pengering difusi yang dipasang secara berturut-turut digunakan  untuk  memisahkan  partikel  aerosol dengan uap air yang ikut mengalir ke dalam sistem, sehingga  tidak  mempengaruhi  pengukuran  efiensi. Penurunan  tekanan  atau pressure  drop filter  diukur dengan  menggunakan  sebuah  sensor  tekanan diferensial  Sensirion  SDP500,  yang  diukur  dengan mengatur  kecepatan  aliran  udara  pada  filter  atau lebih  dikenal  sebagai face  velocity .  Dalam  sistem ini,  membran  nanoserat yang  diuji  dipotong  secara melingkar dengan diameter 2,5 cm dan ditempatkan pada  sebuah filter  holder .  Selanjutnya  jumlah partikel  sebelum  dan  setelah  filter  diukur  dengan mengalirkan  udara  yang  mengandung  partikel aerosol ke bagian filter holder yang tidak ada filter ( filter  holder bagian  atas)  dan  ada  filter  secara berurutan.
Gambar 3. Diagram skematik alat tes kinerja filter udara HASIL DAN PEMBAHASAN
Morfologi  Membran  Kombinasi  Nanoserat dan Substrat Gambar  4(a)  menunjukkan  citra  SEM  dari nanoserat  PAN  sebelum  dikombinasikan dengan  substrat.  Dari  hasil  pengukuran, diameter  rata-rata  diperoleh  sebesar  340 nm±76. Hasil ini jauh lebih kecil dibandingkan diameter  substrat  PP  yang  telah  diukur sebelumnya  yakni  pada  nilai  19,02  µm. Yoon et al. (2008) melaporkan  bahwa  kombinasi antara serat yang memiliki diameter besar (orde mikrometer)  dan  diameter  kecil  (orde nanometer)  dapat  meningkatkan  efisiensi filtrasi  udara  tanpa  secara  signifikan meningkatkan resistansinya. Gambar 4 (b) adalah citra SEM kombinasi antara  nanoserat  PAN  dan  substrat  PP.  Dari citra  ini,  rata-rata  diameter  serat  PAN meningkat menjadi 480±95nm (sisipan gambar 4(b)).  Peningkatan  ini  disebabkan  oleh  bahan substrat    yang  berperan  sebagai  isolator sehingga  membatasi  antara  jarum  yang bermuatan  dengan  silinder  logam,  sehingga dapat  mengurangi  gaya  tarikan  listrik  serat  ke arah  kolektor.  Hasil  yang  serupa  telah dijelaskan  oleh Zhao et  al., (2013) yang menggunakan  substrat  non-konduktif  pada pembuatan  nanoserat.  Grup  tersebut  membuat simulasi perbedaan pembentukan medan listrik di  ujung  jarum  dengan  menggunakan alumunium  foil  dan substrat  non-konduktif sebagai  kolektor  serat  yang  pada  akhirnya dapat menimbulkan peningkatan diameter serat yang dihasilkan.
Terjadinya  ikatan  interkoneksi  antara  serat dari  PAN  dan  substrat  selama  proses pemintalan  elektrik,  menghasilkan  lembaran nanoserat  yang  terbentuk  menjadi  lebih  kuat dan  tidak  mudah  rusak  dibandingkan  tidak menggunakan  substrat. Leung et  al. (2010) menjelaskan  bahwa  parameter  penting  yang berperan  dalam  hal  ini  adalah  massa  basis ( basis  weight ),  yaitu  massa  serat  per  satuan luas. Akibat terjadinya ikatan ini, menyebabkan massa basis menjadi meningkat.
Gambar  4.  Citra  SEM,  (a)  nanoserat  PAN, (b)  kombinasi  nanoserat  PAN  dan substrat PP.
Kerapatan Serat dan Porositas Membran Selain morfologi dan diameter serat, parameter penting  lainnya  yang  sangat  berpengaruh terhadap  efisiensi  filter  yaitu  kerapatan  serat ( packing  density )  dan  porositas.  Kerapatan serat  merupakan  fraksi  volume  padatan  dalam hal ini serat terhadap total volume serat seperti yang  diekspresikan  pada  persamaan1. Kerapatan  serat  umumnya  bergantung pada waktu  proses pemintalan  serat (Leung et  al. , 2010).
L W b    (1)
dimana α adalah  kerapatan  serat W adalah massa  basis  (gr/cm 2 ), ρ b adalah  massa  jenis material polimer  yang digunakan (gr/cm 3 ) dan L  adalah  ketebalan  membran  (cm).  Pada membran  yang  terdiri  dari  dua  atau  lebih lapisan,  maka  total  kerapatan  serat  dapat dihitung  menggunakan  persamaan  2(Leung et al. , 2010).
  2 2 1 1 2 1 2 , 1 L L W W       (2) Kerapatan  serat  kombinasi  PAN  dan substrat PP dapat dihitung dengan menggunakan  massa  jenis  polipropilena sebesar 0,91 gr/cm 3 (Debnath et al. , 2013) dan PAN  sebesar  1,18  gr/cm 3 (Mei et  al .,  2013). Sedangkan  porositas  kebalikan dari  kerapatan serat.
Porositas didefinisikan sebagai area kosong dalam  membran.  Sehingga  porositas  ( ϕ )  dan diekspresikan  pada  persamaan  3(Matulevicius et al. , 2014).
  % 100 1    
 (3)
Gambar  5  menunjukkan  hasil  perhitungan kerapatan serat dan porositas. Pada gambar ini terlihat  bahwa  ketebalan  substrat  sangat berperan  dalam  meningkatkan  kerapatan  serat dengan  asumsi  bahwa  kerapatan  serat  PAN tetap untuk  setiap  variasi.  Peningkatan kerapatan  ini  menurut Rao et  al ., (1988) juga akan  meningkatkan  resistansi  filter  (dalam  hal ini pressure  drop ),  sehingga  secara  otomatis efisiensi juga akan meningkat..
Gambar  5.  Pengaruh  penambahan  substrat terhadap  kerapatan  serat  dan porositas. Kinerja Filtrasi Udara Kinerja  media  filter  udara  umumnya ditunjukkan dengan hasil pengukuran penetrasi,  penurunan  tekanan  ( pressure  drop ), efisiensi  dan  faktor  kualitas,  yaitu masing- masingnya diekspresikan sebagai berikut:
1 2 N N P n  (4)
1 2 1 1 N N N P η n     (5) L K f μ P v . Δ  (6)   P P Q n F    ln (7)
dengan : P n = penetrasi (-) N 1 = jumlah partikel sebelum melewati Filter (-) N 2 = jumlah partikel setelah melewati filter (-) η = efisiensi (%) ∆P = penurunan tekanan atau presssure drop (Pa) µ = viskositas udara f v = kecepatan udara atau face velocity (cm/s) K = permeabilitas udara (H/m) L = ketebalan filter (mm)
Q F = faktor kualitas (1/Pa)

## Pengaruh Ketebalan Substrat Mikroserat …                                (Rajak, dkk)
Parameter  yang  paling  penting  dalam menilai  baik  atau  tidaknya  suatu  media  filter udara adalah faktor kualitas atau quality factor , karena  parameter  ini  membandingkan  antara efisiensi  filter  dengan  resistansi  atau  nilai penurunan  tekanannya  (persamaan  7). Suatu media  filter  udara  dapat  dengan  mudah ditingkatkan  efisiensinya  hanya  dengan menambahkan  ketebalannya,  namun  sejalan dengan  ini  resistansinya  juga  akan  meningkat, sehingga  filter  ini  akan  sulit  untuk  dilewati oleh  udara.  Oleh  karena  itu  media  filter yang baik adalah memiliki nilai faktor kualitas yang tinggi atau dengan kata lain memiliki efisiensi semaksimal mungkin namun dengan penurunan tekanan atau resistansi serendah mungkin. Gambar  6(a)-(c)  menunjukkan  hasil pengukuran  penurunan  tekanan  dan  efisiensi dari nanoserat PAN dan kombinasinya dengan substrat  PP.  Gambar  6(a)  menunjukkan  hasil pengukuran  penurunan  tekanan  pada face velocity atau kelajuan aliran udara sebesar 5,23 cm/s.  Hal  ini  menunjukkan  terjadinya peningkatan penurunan tekanan seiring dengan penambahan  ketebalan  substrat  PP.  Hal  ini sesuai dengan hukum Darcy bahwa penurunan tekanan  meningkat  seiring  dengan  ketebalan filter (Miguel, 2003).
Gambar  6b)  dan  6c)  secara  berturut-turut menunjukkan  hasil  pengukuran  efisiensi  filter dalam  menyaring  partikel  PSL  dengan  ukuran 0,3; 0,5; 1; 2 µm dan asap dupa (PM 2.5 ). Dari kedua  kurva  ini  menunjukkan  bahwa  terjadi peningkatan  efisiensi  yang  signifikan  seiring dengan penambahan ketebalan substrat PP. Jika dibandingkan  antara  hasil  pengukuran  filtrasi
PSL  dan  asap  dupa,  maka  hasil  peningkatan filtrasi  asap  dupa  lebih  signifikan,  hal  ini disebabkan  pada  partikel  asap  (PM 2.5 ) dengan ukuran yang rata-rata di atas 1 µm, mekanisme penangkapan  partikel  di  udara  oleh  filter didominasi oleh impaksi ( impaction ) dibandingkan  dua  mekanisme  yang  lain  yaitu intersepsi  ( interception )  dan  difusi  ( diffusion ) yang  terjadi  pada  partikel berukuran  kurang dari  1  µm,  dimana  mekanisme  secara  impaksi memberikan  peluang penangkapan  partikel udara  yang  lebih  tinggi(Lee,  1981;  Wang & Otani, 2012). Dari  gambar  6(b)  dan  6(c),  terlihat peningkatan  efisiensi  filtrasi  naik  seiring dengan  kenaikan  ketebalan  substrat,  hal ini dapat  dijelaskan  dengan  perbedaan  diameter serat  substrat  PP  yang  jauh  lebih  besar dibandingkan  nanoserat  PAN.  Kehadiran  serat
substrat  PP  memiliki  peranan  penting  dalam meningkatkan  efisiensi  penangkapan  partikel dengan  mekanisme  impaksi,  partikel-partikel berukuran  besar  (>  1µm)  yang  bergerak bersamaan dengan aliran udara lebih  memiliki peluang untuk menabrak serat dengan diameter yang besar(Lee, 1981; Wang and Otani, 2012). Sedangkan partikel udara yang ukurannya lebih kecil  (<  1µm)  memiliki  pergerakan  random dengan  lintasan  zig-zag  yang  disebut  sebagai gerak  Brownian (Wang & Otani,  2012), partikel-partikel  ini  dapat  ditangkap  oleh mekanisme  difusi  dan  impaksi  oleh  serat dengan  diameter  yang  kecil  dalam  hal  ini nanoserat  PAN(Lee,  1981;  Wang  and  Otani, 2012). Oleh karena itu, kombinasi antara serat substrat  dengan  nanoserat  PAN  dapat  secara signifikan  meningkatkan  efisiensi  filtrasi (Yoon et al ., 2008).
Gambar  6.  Pengaruh  dari  ketebalan  substrat terhadap  (a)  penurunan  tekanan, (b) efisiensi penyaringan PSL dan (c)  efisiensi  penyaringan  asap dupa (PM 2.5 ).

## Pengaruh Ketebalan Substrat Terhadap
Faktor Kualitas Gambar  7  menunjukkan  hubungan  antara ketebalan  substrat  dan  faktor  kualitas.  Dari gambar  ini  dapat  disimpulkan  bahwa  faktor kualitas  dapat  ditingkatkan  dengan  menambah ketebalan  substrat.  Dari  gambar 7 terlihat bahwa  faktor  kualitas  meningkat  sampai mencapai  suatu  nilai  titik  maksimum,  dan kemudian  turun  seiring  dengan  ketebalan. Berdasarkan  gambar  7,  nilai  optimum  faktor kualitas diperoleh pada ketebalan substrat 0,18 mm  (PP2).  Secara  teori  dan  simulasi,
Dharmanolla et al. (2008) telah  men- demonstrasikan  bahwa  peningkatan  faktor kualitas  sampai  pada  titik  optimum  tertentu bergantung  pada  ketebalan  dan  massa  dari media filter yang diukur. Pada paper ini, faktor kualitas  terbaik  diperoleh  pada  kombinasi membran nanoserat PAN dan substrat PP2. Gambar  7.  Pengaruh  ketebalan  substrat terhadap faktor kualitas membran nanoserat Perbandingan Dengan Studi Lain
Hasil data dari penelitian ini juga dibandingkan dengan  hasil  studi  lain  yang  dilakukan olehLeung et al. (2010). Namun pada penelitian tersebut,  nanoserat  divariasikan  ketebalannya yang  kemudian  dikombinasikan  dengan substrat  pada  ketebalan  konstan. Data  yang ditampilkan pada paper tersebut direkonstruksi ulang  dan  kemudian  ditampilkan  bersamaan dengan  hasil  pada  penelitian  ini,  hasil rekonstruksi  ulang  ini  disajikan  pada  Gambar 8.  Dari  gambar  ini,  dapat  terlihat  sangat  jelas bahwa  faktor  kualitas  yang  diperoleh  dari penelitian  ini  memiliki  nilai  lebih  tinggi  dari penelitian  pembanding.  Sehingga  dapat disimpulkan  bahwa  faktor  kualitas  dapat ditingkatkan  hanya  dengan  menambah ketebalan  substrat  tanpa  harus  menambah ketebalan  nanoserat.  Namun  demikian,  ada
batasan  tertentu  dari  ketebalan  substrat  yang dapat ditambahkan pada nanoserat.
Gambar  8.  Data  perbandingan  hasil  penelitian ini dengan studi lain

## KESIMPULAN
Pengaruh  ketebalan  substrat  mikroserat polipropilena  (PP)  terhadap  peningkatan efisiensi  dan  faktor  kualitas  dari  membran nanoserat poliakrilonitril (PAN) telah dipelajari secara  detail.  Hasil  pengukuran  kinerja  filtrasi udara  menunjukkan  bahwa  substrat  PP memberikan  kontribusi  terhadap  efisiensi  dan faktor  kualitas  nanoserat  PAN,  baik  dalam menyaring  partikel  PSL  maupun  partikel  asap (PM 2.5 ).  Efisiensi  maksimum  diperoleh  pada kombinasi  nanoserat  PAN  dan  substrat  PP5 dengan  nilai:  93,04;  93,27;  96,1  dan  97,56% untuk  penyaringan  partikel  PSL  dengan diameter 0,3; 0,2; 1 dan 2 µm secara berturut- turut.  Namun  demikian,  walaupun  kombinasi ini  memiliki  efisiensi  tertinggi  dibandingkan yang  lain,  kombinasi  ini  juga  memiliki  nilai penurunan  tekanan  yang  lebih  tinggi.  Oleh karena  itu,  dalam  hal  faktor  kualitas  menjadi yang paling rendah. Peningkatan faktor kualitas mencapai  nilai  maksimum  sampai  pada penambahan  ketebalan  PP2  yaitu  0,18  mm.
Hasil pengujian penyaringan
asap menunjukkan  peningkatan  efisiensi  lebih signifikan  dibandingkan  penyaringan  partikel PSL.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis  mengucapkan  terima  kasih  kepada Lembaga  Penelitian &  Pengabdian  Kepada Masyarakat  (LPPM)  Institut  Teknologi Sumatera  (ITERA)  atas  dukungan  pendanaan selama  kegiatan  penelitian  melalui  skema Hibah Mandiri ITERA tahun 2017.

## DAFTAR PUSTAKA
Balgis, R., Kartikowati, C.W., Ogi, T., Gradon, L., Bao, L., Seki, K., & Okuyama K., 2015. Synthesis  and Evaluation  of Straight  and Bead-free Nanofibers for Improved Aerosol Filtration, Chem. Eng. Sci . 137: 947-954. Bao,  L.,  Seki,  K.,  Niinuma,  H.,  Otani,  Y., Balgis, R., Ogi, T., Gradon, L.,& Okuyama, K.,  2016.  Verification  of Slip Flow  in Nanofiber Filter Media Through Pressure Drop Measurement  at Low-pressure Conditions, Sep.  Purif.  Technol .  159: 100- 107. Chattopadhyay,  S.,  Hatton,  T.A., &  Rutledge, G.C.,  2016.  Aerosol Filtration Using Electrospun Cellulose Acetate Fibers, J. Mater. Sci . 51: 204–217. Debnath,  S.,  & Madhusoothanan,  M.,  2013.
Studies  on Compression Behaviour  of Polypropylene Needle Punched Nonwoven Fabrics Under Wet Condition, Fibers Polym . 14: 854-859. Dharmanolla,  S.,  & Chase,  G.G.,  2008. Computer Program for Filter Media Design Optimization,  J. Chinese  Inst.  Chem.  Eng .
39: 161-167.
Huang,  H.-L.,  & Yang,  S.,  2006.  Filtration Characteristics  of Polysulfone Membrane Filters, J. Aerosol Sci . 37: 1198-1208.
Kim,  C.S.,Bao,  C.S.,  Okuyama,  K,  Shimada, M.,  & Niinuma,  H.,  2006.  Filtration Efficiency  of  a Fibrous Filter  for Nanoparticles, J. Nanoparticle Res . 8: 215- 221.
Lee,  K.W.,  1981.    Maximum Penetration  of Aerosol Particles in Granular Bed Filters, J.
Aerosol Sci . 12: 79-87. Leung, W.W.-F., Hung, C.-H., & Yuen, P.-T., 2009.  Experimental Investigation  on Continuous Filtration  of Sub-micron Aerosol by Filter Composed of Dual-layers Including  a Nanofiber Layer, Aerosol  Sci. Technol . 43: 1174-1183. Leung, W.W.-F., Hung, C.-H., & Yuen, P.-T., 2010.  Effect  of Face Velocity, Nanofiber Packing Density  and Thickness  on Filtration Performance  of Filters  with Nanofibers Coated  on  a Substrate, Sep.
Purif. Technol . 71: 30-37. Li,  D.,  & Xia,  Y.,    2004.  Electrospinning  of Nanofibers:  Reinventing  the Wheel?. 16 (14). Matulevicius, J., Kliucininkas, L., Martuzevicius, D., Krugly, E., Tichonovas, & M.,  Baltrusaitis,  J.,  2014.  Design  and Characterization  of Electrospun Polyamide Nanofiber Media  for Air Filtration Applications, J. Nanomater . 2014, (14). Matulevicius,  J.,  Kliucininkas,  L.,  Prasauskas,
T.,  Buivydiene,  D.,  & Martuzevicius,  D., 2016.  The Comparative Study  of Aerosol Filtration  by Electrospun Polyamide, Polyvinyl Acetate, Polyacrylonitrile  and Cellulose Acetate Nanofiber Media, J. Aerosol Sci . 92: 27-37. Mei, Y., Wang, Z., & Li, X., 2013. Improving Filtration Performance  of Electrospun Nanofiber Mats  by A Bimodal Method, J. Appl. Polym. Sci . 128: 1089-1094.
Miguel, A.F., 2003. Effect of Air Humidity on
The Evolution  of Permeability  and Performance  of A Fibrous Filter During Loading  with Hygroscopic  and Non- hygroscopic Particles, J.  Aerosol  Sci .  34:
783-799. Munir,  M.M.,  Iskandar,  F.,  Khairurrijal,  K.,&
Okuyama,  K,.  2009.  High Performance Electrospinning System  for Fabricating Highly Uniform Polymer Nanofibers, Rev. Sci. Instrum . 80: 026-106. Munir,  M.M.,  Suryamas,  A.B.,  Iskandar,  F.,& Okuyama,  K.  2009.  Scaling Law  on Particle-to-fiber Formation During Electrospinning., Polymer , 50: 4935-4943. Nicosia,  A.,  Keppler,  T.,  Müller,  F.A., Vazquez, B., Ravegnani, F., Monticelli, P.,
& elosi,  F.,  2016.  Cellulose Acetate Nanofiber Electrospun  on Nylon Substrate as Novel Composite Matrix  for Efficient, Heat-resistant, Air Filters, Chem. Eng. Sci ., 153: 284-294.
Rao,  N.,  & Faghri,  M.,  1988.  Computer
Modeling  of Aerosol Filtration  by Fibrous Filters, Aerosol Sci. Technol . 8: 133-156.
Rutledge,  G.C.,    & Fridrikh,  S.  V.,  2007. Formation  of Fibers  by Electrospinning, Adv. Drug Deliv. Rev . 59: 1384-1391.
Wang,  C.,  &  Otani,  Y.,  2012.  Removal  of Nanoparticles from Gas Streams by Fibrous Filters: A Review, Ind. Eng. Chem. Res . 52: 5-17.
Wang,  J.,  Kim,  S.C.,  & Pui,  D.Y.H.,  2008.
Figure  of Merit  of Composite Filters  with Micrometer and Nanometer Fibers, Aerosol Sci. Technol . 42: 722-728. Yang, Y., Zhang, S., Zhao, X., Yu, J., & Ding, B.,  2015.  Sandwich Structured Polyamide-
6/polyacrylonitrile Nanonets/bead-on-string Composite Membrane  for Effective Air Filtration, Sep. Purif. Technol . 152: 14–22.
Yoon,  K.,  Hsiao,  B.S.,  & Chu,  B.,  2008.
Functional Nanofibers  for Environmental Applications, J.  Mater.  Chem .  18: 5326- 5334. Yun,  K.M.,  Hogan,  C.J.,    Matsubayashi,  Y., Kawabe  M.,  Iskandar,  F.,  & Okuyama  K., 2007. Nanoparticle Filtration by Electrospun Polymer Fibers, Chem.  Eng. Sci . 62: 4751-4759.
Yun, K.M.,  Suryamas, A.B., Iskandar, F., Bao,
L.,  Niinuma,  H.,  & Okuyama,  K.,  2010.
Morphology Optimization  of Polymer Nanofiber  for Applications  in Aerosol Particle Filtration, Sep. Purif. Technol ., 75: 340-345. Zhang,  Q.,  Welch,  J.,  Park,  H.,  Wu,  C.-Y.,
Sigmund, W., & Marijnissen, J.C.M., 2010. Improvement  in Nanofiber Filtration  by Multiple Thin Layers of Nanofiber Mats, J. Aerosol Sci . 41: 230-236. Zhang, R., Liu, C., Hsu, P.-C., Zhang, C., Liu, N.,  Zhang, J., Lee, H.R., Lu, Y., Qiu, Y., & Chu,  S.,  2016.  Nanofiber Air Filters  with High-temperature Stability  for Efficient PM 2.5 Eemoval from The Pollution Sources, Nano Lett . 16: 3642-3649. Zhang, S., Tang, N., Cao, L., Yin, X., Yu, J., & Ding, B., Highly Integrated Polysulfone/Polyacrylonitrile/Polyamide-6 Air  Filter  for  Multilevel  Physical  Sieving Airborne  Particles, ACS  Appl.  Mater. Interfaces . 8: 29062-29072. Zhao, J., Shi, Q., Luan, S., Song, L., Yang, H., Stagnaro,  P.,  & Yin,  J.,  2012. Polypropylene Non-woven Fabric Membrane  via Surface Modification  with Biomimetic Phosphorylcholine  in  Ce (IV)/HNO3 Redox System, Mater.  Sci. Eng. C . 32: 1785-1789. Zhao, S., Zhou, Q., Long, Y.-Z., Sun, G.-H.,& Zhang,  Y.,  2013.  Nanofibrous Patterns  by Direct Electrospinning  of Nanofibers  onto Topographically Structured Non- conductive Substrates, Nanoscale . 5: 4993-
5000.

## Pengaruh Ketebalan Substrat Mikroserat …                                (Rajak, dkk)