## PENGARUH ZAT ADITIF PADA MORFOLOGI MEMBRAN HIBRID POLISULFON-LEMPUNG

## Zaiyar

## Dosen Kimia Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru
Jl. KH. Ahmad Dahlan No. 88. Sukajadi. Pekanbaru Email: zaiyar68@yahoo.co.id

## ABSTRAK
Morfologi  membran  hibrid  polisulfon-lempung  dengan  zat  aditif  PEG  dan  lempung  (PEL  1) berbeda dengan membran hibrid polisulfon-lempung dengan zat aditif lempung saja. Penggunaan 2 jenis zat aditif pada membran PEL 1 menyebabkan jumlah pori lebih banyak, ukuran pori lebih kecil dan distribusi pori lebih merata dibandingkan membran PL 1 yang hanya menggunakan zat aditif  lempung  saja.  Zat  aditif  PEG  pada  membran  PEL  1  berperanan  pada  pembentukan  pori membran  dengan  cara  meningkatkan  koneksitas  pori,  sedangkan  peranan  lempung  pada membran PEL 1 dan PL 1 melalui interkalasi visit host ke dalam polimer organik.
Kata kunci : Membran hibrid polisulfon-lempung, zat aditif, koneksitas pori visit host

## 1. PENDAHULUAN
Sintesis poliuretan pada dasarnya merupakan suatu aplikasi dari reaksi polimerisasi  kondensasi.  Reaksi  polimerisasi kondensasi  merupakan  reaksi  antara  dua reaktan  dengan  dua  gugus  fungsi  yang berbeda  menghasilkan  satu  produk  utama. Poliuretan  yang  terbentuk  dari  hasil  reaksi kondensasi memiliki gugus uretan (-NHCOO) dalam  unit  ulangnya.  Gugus  uretan  terbentuk sebagai  hasil  reaksi  antara  gugus  isosianat  (- NCO-)  dengan  gugus  hidroksil  (-OH) (Rohaeti, 2004).
Membran merupakan lapisan tipis selektif bersifat  semipermeabel  yang  berada  diantara dua  fase  yaitu  fase  umpan (feed), dan  fase hasil  pemisahan (permeate). Pemisahan  yang terjadi  pada  membran  disebabkan  membran mempunyai  kemampuan  untuk  melewatkan komponen  yang  ukurannya  lebih  kecil dibandingkan pori membran karena perbedaan  perbedaan  tekanan,  konsentrasi, atau perbedaan temperatur di antara kedua sisi membran (Mulder 1996).
Berdasarkan morfologinya, membran dibedakan  atas  membran  simetris  dan asimetris. Membran simetris memiliki struktur  dan  ukuran  pori  yang  seragam dengan  ketebalan  10-200  m.  Membran asimetris merupakan membran yang memiliki struktur dan ukuran pori yang tidak seragam.
Membran  hibrid  adalah  suatu  membran yang dibuat dengan cara menambahkan bahan anorganik ke dalam matriks polimer (organik). Bahan dasar membran hibrid terdiri dari  polimer  dan  zat  aditif  (matriks  polimer). Penambahan  bahan  aditif  pada  bahan  dasar membran  bertujuan  untuk  meningkatkan  atau memodifikasi  sifat-sifat  mekanik,  kimia,  dan fisik  membran  (Kim et  al., 1989).  Zat  aditif dapat berupa molekul organik yaitu: polietilen glikol  (PEG),  sedangkan  molekul  anorganik yaitu: lempung,
Pada  penelitian  ini,  dibuat  2  jenis membran hibrid polisulfon-lempung. Membran  hibrid  polisulfon-lempung  pertama menggunakan  zat  aditif  PEG  dan  lempung, yang  kedua  hanya  menggunakan  zat  aditif
lempung  saja.  Perbedaan  jenis  zat  aditif  ini bertujuan  untuk  meneliti  pengaruh  masing- masing zat aditif terhadap morfologi membran  hibrid  polisulfon-lempung  yang dihasilkan.  Morfologi  membran  ditentukan menggunakan alat
Scanning Electron Microsocope (SEM)
Peranan  PEG  pada  proses  pembentukan pori  membran  dengan  cara  memperlambat proses  pemisahan (demixing) antara  pelarut dan non pelarut dalam bak koagulasi sehingga pemisahan kedua campuran tertunda (delayed demixing)) ,  akibatnya  memperlambat  proses gelasi (Javiya et al., 2008).
Struktur  lempung  yang  berlapis  ini, menyebabkan  mudahnya  terjadinya  penataan ruang  dan  muatan  antar  lapisan,  sehingga berpotensi  sebagai  pengisi (host) pada membran  hibrid  melalui  interkalasi  polimer organik  kedalam visit  host lapisan  anorganik lempung.  Selain  itu,  kandungan  silika  (SiO 2 ) yang  tinggi  pada  lempung  asal  desa  Pallas (58%),  menyebabkan  lempung  ini  berpotensi digunakan  sebagai  bahan  aditif  dalam pembuatan  membran  hibrid.  Partikel  silika akan  berinteraksi  kuat  dengan  matriks polimer  menyebabkan  membran  hibrid  yang dihasilkan  memiliki  kestabilan  termal  yang baik.
Scanning  Electron  Microsocope (SEM) merupakan  alat  yang  digunakan  untuk menentukan  morfoladalah  salah  satu  jenis mikroskop  elektron  yang  menggunakan berkas  elektron  untuk  menggambar  profil permukaan  bahan.  Prinsip  kerja  SEM  adalah menembakkan  permukaan  benda  dengan berkas  elektron  berenergi  tinggi  seperti diilustrasikan pada Gambar 1.
Gambar 1 Penembakan Permukaan Benda dengan Berkas Elektron Energi Tinggi (Sumber:
Abdullah et al, 2008)

## 2. METODOLOGI PENELITIAN Alat-alat
Scanning  Electron  Microscopy (SEM) model  7353,  ayakan  200  mesh,  pengaduk magnetik, batang stainless steel ,
Bahan-bahan Polisulfon UDEL P3500 ( Solvay Advance Polymer ), lempung Desa Palas (SiO 2 = 58%), N,N-Dimetil  asetamida  (DMAc) ( Merck ), dekstran  400–500  kDa,  dekstran  35-45  kDa, dekstran 8,5–11,5  kDa  ( average  mol.Wt ), polietilen glikol (PEG) 4000,
Prosedur Kerja Pembuatan membran hibrid polisulfon- lempung
Membran hibrid polisulfon-lempung yang dibuat  terdiri  dari  2  (dua)  jenis  membran. Membran  pertama  (PEL  1)  menggunakan  2 jenis  zat  aditif  yaitu  lempung  dan  PEG, sedangkan membran kedua hanya menggunakan lemoung saja (PL 1) Membran pertama  (PEL  1  dibuat  dengan  cara: melarutkan  18%  polisulfon  dalam  64% dimetil formamida (DMAc) dengan menggunakan zat aditif 9% lempung, dan 9% polietilen  glikol.(PEG)  Membran  kedua  (PL 1)  dibuat  dengan  cara  melarutkan    18% polisulfon  dalam  64%  dimetil  formamida (DMAc) dengan menggunakan zat aditif 18% lempung.  Proses  pelarutan  dilakukan  pada temperatur  kamar  menggunakan  pengaduk magnetik  selama  15  jam  sampai  larutan
homogen.  Larutan  ini,  disebut  larutan  tuang polimer.
Larutan tuang  polimer  didiamkan  selama 3 jam untuk menghilangkan gelembung udara yang  terperangkap  di  dalam  larutan  sebelum dilakukan pencetakan  (Tweddle et  al. , 1994). Larutan  tuang  polimer  selanjutnya  ditebar  di atas  plat  kaca  yang  telah  diolesi  aseton  lalu diratakan dengan batang stainless steel hingga terbentuk lapisan tipis dan dibiarkan selama 5 menit. Kemudian lapisan tipis pada pelat kaca direndam  dalam  bak  koagulasi  yang  telah berisi  campuran  non  pelarut  2-propanol-air perbandingan  (1:1).  Koagulasi  dilakukan selama 5 menit, sehingga membran terkoagulasi.
Karakterisasi morfologi membran hibrid polisulfon-lempung
Karakterisasi  morfologi  membran  hibrid polisulfon-lempung  dilakukan  menggunakan SEM.  Pada  analisis  ini,  membran  direndam dalam  nitrogen  (N 2 )  cair  dan  selanjutnya dipotong menjadi 2 (dua) bagian menggunakan  mikoton.  Selanjutnya  hasil pemotongan dilapisi dengan emas menggunakan ion  sputter ,  kemudian  diamati morfologi permukaan dan penampang lintang membran,  dengan  perbesaran  400  hingga 5.000x.

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Karakterisasi  morfologi  membran  hibrid polisulfon-lempung  PEL  1  dan  PL  1 dilakukan menggunakan SEM. Hasil pengukurannya dapat ditunjukkan pada Gambar 2.
. a b Gambar 2. Penampang Permukaan Membran PEL 1 (a). Perbesaran 1000 x b). Perbesaran 500x
a b
Gambar 3. Penampang Permukaan Membran PL 1, (a). Perbesaran 1000 x, (b). Perbesaran 500x
a
b
Gambar 4. Penampang Lintang Membran PEL 1 (a). Perbesaran 400 x, (b)Perbesaran 5000 x, Satuan
diameter pori (  m)
a b
Gambar 5. Penampang Lintang Membran PL 1 (a). Perbesaran 400 x,
(b). Perbesaran 5000 x, Satuan diameter pori (  m)
Berdasarkan  Gambar  2-3  dapat  dilihat bahwa permukaan membran hibrid polisulfon-lempung  PEL  1  lebih  halus  dan lebih  rata  dibandingkan  permukaan  membran PL 1 (Tabel 1). Hal ini disebabkan, perbedaan komposisi  zat  aditif  pada  kedua  jenis membran. Pencampuran antara polimer polisulfon dan lempung pada membran PEL 1 dan  PL  1  menyebabkan  terjadinya  interaksi antara  polisulfon  dengan  lempung  secara kimia  melalui  gugus  sulfon  dan  alkoksi  pada
polisulfon  dengan  silika  atau  OH  pada lempung  membentuk  hibrid.  Intensitas  silika yang  tinggi  pada  lempung  yang  berasal  dari desa  Palas  (Nadarlis,  2012),  menyebabkan ikatan  hidrogennya  juga  tinggi,  sehingga lempung  masuk  ke  dalam  jaringan  matriks polisulfon membentuk membran hibrid. Hasil ini  sesuai  dengan  penelitian  Anadao et  al., ( 2010),  yang  menggunakan  montmorillonit sebagai  komponen  membran  nano  komposit polisulfon.
Tabel 1. Ukuran, Jumlah dan Distribusi Pori Membran PEL 1 dan PL 1 Parameter Membran PEL 1 Membran PL 1 Ukuran Pori 0,6-3,3  m 3,2-7,1  m Jumlah Pori +++++ ++ Distribusi Pori Merata Kurang Merata Permukaan Lebih Halus Kasar Keterangan: ++++ = Jumlah pori banyak dan ++ = Jumlah pori sedikit
Pada permukaan membran PEL 1 dan PL 1,  juga  dapat  dilihat  adanya  lapisan  tipis selektif yang berperanan pada proses pemisahan  menggunakan  membran.  Lapisan selektif  pada  membran  PEL  1  lebih  rapat dibandingkan  membran  PL  1.  PEG  dan lempung yang terdapat pada membran PEL 1 dapat  larut  secara  baik  dalam  pelarut  DMAc dan  bercampur  sempurna  dengan  polimer polisulfon.  Zat  aditif  PEG  dan  lempung mampu  meningkatkan  konektisitas  ikatan pada  matriks  polimer  membran  membentuk lapisan  selektif  yang  menyatu  dengan  baik. Hasil ini senada dengan Meretsa (2012), yang melaporkan bahwa membran hibrid polisulfon-lempung mempunyai lapisan selektif  lebih  rapat  dibandingkan  membran polisulfon  (tanpa  zat  aditif  lempung  dan PEG).
Berdasarkan analisis permukaan membran PEL  1  dan  PL  1,  dapat  dilihat  adanya tumpukan  partikel  kasar  yang  kemungkinan berasal dari lempung. Hal ini berarti, lempung tidak  tersebar  merata  pada  matriks  polimer kedua  jenis  membran  dan  kemungkinan terjadi pada saat menuangkan larutan homogen  matriks  polimer  pada  permukaan kaca  (proses pencetakan)  Ukuran  lempung yang digunakan hanya lolos ayakan 200 mesh merupakan  faktor  penyebabnya.  Hasil  ini berbeda  dengan  Defontaine et  al., (2009) yang  menggunakan  lempung  berukuran  nano dalam  pembuatan  membran  poli  dimetil siloksan (PDMS), yang menunjukkan morfologi  membran  PMDS  tanpa  adanya tumpukan  partikel  lempung  pada  permukan membran.
Berdasarkan morfologi penampang lintang  membran  PEL  1  dan  PL  1  pada Gambar 4-5 dan Tabel 1 dapat dilihat adanya perbedaan  ukuran  pori,  jumlah  pori  dan distribusi  pori  pada  kedua  membran  hibrid polisulfon-lempung  PEL  1  dan  PL  1.  Fungsi zat aditif PEG sebagai porogen menyebabkan
membran  PEL  1  mempunyai  jumlah  pori lebih  banyak  dibandingkan  membran  PL  1. Menurut  Javiya et  al., (2008),  selain  sebagai porogen,  PEG  juga  berfungsi  menjaga ketahanan membran terhadap faktor eksternal. Zat  aditif  PEG  mengisi  matriks  polimer secara  sempurna  sehingga  menghasilkan membran dengan distribusi pori lebih merata. Hal  ini  disebabkan  dalam  proses  difusi pembentukan  membran,  zat  aditif  PEG bersama  dengan  pelarut  akan  larut  ke  dalam non-pelarut
2-propanol-air
dengan meninggalkan rongga atau pori pada membran
Dalam  proses  inversi  fase  pembentukan membran,  cikal  bakal  pori (nascent  pores) akan terus tumbuh, jika pelarut non pelarut 2- popanol-air  secara  terus  menerus  terdifusi  ke dalam  larutan  tuang,  akan  mempengaruhi pelarut yang berada di sekitar cikal bakal pori sehingga  terdifusi  keluar.  Difusi  dari  pelarut (DMAc) ini, akan mengakibatkan konsentrasi polimer  meningkat  sehingga  pertumbuhan ukuran  pori  akan  berhenti  (Young et  al., 1996).  Difusi  non  pelarut  (2-propanol-air) kedalam  larutan  tuang  yang  diiringi  oleh difusi  pelarut  (DMAc)  keluar  larutan  tuang mengakibatkan  pertumbuhan  pori  berhenti sehingga ukuran pori menjadi relatif kecil.
Ukuran  pori  membran  PL  1  yang  lebih besar dibandingkan membran PEL 1 (Gambar 4  dan  Tabel  1)  disebabkan  lebih  mudahnya difusi  non  pelarut  2-propanol-air  kedalam matriks membran PL 1 menggantikan pelarut DMAc.  Partikel  silika  yang  terdapat  pada lempung  dapat  berinteraksi  secara  kuat dengan  matriks  polimer  karena  tidak  adanya zat  aditif  lain  (hanya  lempung)  sehingga menghasilkan  membran  hibrid  polisulfon- lempung  dengan  ukuran  pori  besar  pada sublapisan. Dengan demikian dapat dinyatakan  bahwa  zat  aditif  PEG  akan meningkatkan  jumlah  dan  distribusi  pori,
sedangkan  zat  aditif  lempung  memperbesar ukuran pori.
Berdasarkan  morfologi  permukaan  dan penampang  lintangnya,  membran  PEL  1  dan PL1 termasuk jenis membran asimetris karena ukuran  porinya  yang  berbeda  (Scott  & Hughes, 1995). Ukuran  pori membran PEL 1 berada pada kisaran 0,6-3,3  m dan membran mempunyai  ukuran  pori  PL1  3,2-  7,1  m yang  menunjukkan  kedua  membran  ini, termasuk jenis membran mikro filtrasi.
Perbedaan  jenis  non  pelarut  dan  variasi non pelarut mempengaruhi pembentukan pori membran  (Radiman,  2007).  Non  pelarut  2- propanol-air  mempunyai  rasio  difusi  lebih rendah  dari  non  pelarut  air,  akibatnya pencampuran  antara  non  pelarut  2-propanol- air  dan  pelarut  DMAC  berlangsung  lambat. Waktu  induksi  yang  diperlukan  2-propanol- air  ke  dalam  larutan  tuang  untuk  membentuk inti  semakin  lama  dan  pemisahan  fase  cair- cair juga berlangsung lambat karena membran mempunyai  waktu  tunda  untuk  membentuk pori.

## 4. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian dapat disilmpulkan bahwa Zat aditif mempengaruhi pembentukan  pori  pada  membarn  hibrid polisulfon-lempung.  Penggunaan  2  jenis  zat aditif  yaitu  organik  (PEG)  dan  an  organik (lempung)  pada  membran  hibrid  polisulfon PEL  1  dan  yang  hanya  menggunakan  1  jenis zat  aditif  an  organik  (lempung)  pada membran  PL  1  menyebabkan  terjadinya perbedaan  jumlah  pori,  ukuran  pori  dan distribusi pori pada kedua jenis membrane

## 5. DAFTAR PUSTAKA
Abdullah, M.,  & Khairurrijal.,  2008, Review: Karakterisasi Nanomaterial . Jurnal
Nanosains & Nanoteknologi 2 (1).
Anadao,  P,  Sato,  L.F.  Wiebeck,  H  &  Diaz,
F.R.V., 2010, Montmorillonite as
Component of Polysulfone Nanocomposite  Membranes, Applied Clay Science 48: 127–132. Defontaine, G. Barichard,A. Letaief,S. Feng,C.Matsuura,T & Detellier,C., 2009, Nanoporous Polymer-Clay
Hybrid Membranes For Gas Separation,
J.Colloid 15 (2): 622-627.
Javiya,  S.  Yogesh,  Gupta,  S.  Singh,  K  &
Bhattacharya,  A.,  2008,  Porometry Studies of The  Polysulfone Membranes on  Addition  of  Poly(Ethylene  Glycol) in  Gelation  Bath  During  Preparation, J.Mex.Chem. Soc 52 (2): 140-144 Kim,  H.J.  Tyagi,  R.K.  Fouda,  A.E  & Jonasson  K.,  1996,The  Kinetic  Study for  Asymmetric  Membrane  Formation Via Phase-Inversion Process, Journal of Applied Polymer Science, 62: 621-629 Mulder,  M.,  1996, Basic  Principles  of
Membrane Technology . Second edition. Kluwer Academic
Publishers, Dordrecht.
Nadarlis., 2012, Identifikasi dan Karakterisasi
Lempung  Alam  Desa  Palas  Kecamatan Tampan  dan  Desa  Talanai  Teratak Buluh  Kecamatan  Siak  Hulu, Skripsi Jurusan Kimia FMIPA UR, Pekanbaru.
Radiman, C.L & Eka I., 2007, Pengaruh Jenis dan  Temperatur  Koagulan  Terhadap Morfologi  dan  Karakteristik  Membran Sellulosa Asetat, Makara Sains 11 (2). Scott,  K  &  Hughes  R.,  1996, Industrial
Membrane Separation Technology .
Chapman & Hall, New York. Tweddle, T.A. Striez C.N & Kutowy O.,1994, Laboratory Workshop, Membrane
Fabrication  and  Membrane  Testing , CIDA Course, Canada
Young,  T.  H  &  Leo,  W.C.,1996,  Pore
Formation  Mechanism  of  Membranes from Phase Inversion Process, Desalination 103: 233-247.