## PERMEABILITAS AIR DAN DEKSTRAN MEMBRAN HIBRID YANG DIKOAGULASI CAMPURAN NON PELARUT 2-PROPANOL-AIR
Zaiyar*
2 Jurusan Teknik Sipil, Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru
*Coresponding Author : zaiyar68@yahoo.co.id

## Abstrak
Permeabilitas membran hibrid yang menggunakan bahan dasar polimer polisulfon. Lempung  asal Desa Pallas Rumbai Pekanbaru sebagai sumber silika, polietilen glikol (PEG) sebagai zat porogen. serta non pelarut campuran 2-propanol- air sebagai  media koagulasi telah dilakukan. Komposisi lempung sebagai sumber silika berbeda, membran hibrid MA menggunakan  lempung  9%  dan    membran  MB  lempungnya  9%    dan  PEG  9%.  Pengujian  permeabilitas  dilakukan menggunakan sel filtrasi dengan menentukan kecepatan aliran air dan dekstran (Fluks) melewati membran hibrid pada tekanan  1-3,5  bar.  Koefisien  permeabilitas  ditentukan  dari  slope  grafik    Fluks  (J)    terhadap  perubahan    tekanan  (∆P) yang berupa garis lurus (linier). Hasil perhitungan   pengujian  statistik  menggunakan uji  data  nilai rata-rata 2 populasi menujukkan,  permeabilitas  kedua  membran  tidak  berbeda  signifikan.  K oefisien  permeabilitas  air  membran hibrid MA dan MB yaitu sebesar , 3 x 10 -5 mL/cm 2 .s.bar, sedangkan koefisien permeabilitas dekstran  adalah  0,9 x 10 -5 mL/cm 2 .s.bar.
Kata Kunci : Permeabilitas,Membran hibrid, Fluks, Sel filtrasi

## Abstract
The  hybrid  membrane  permeability  was  using  polysulfone  polymer  base  material,  and  the  clay  from  the  village  of Pallas Rumbai Pekanbaru as a source of silica,  polyethylene glycol (PEG) as a porogen agent. Then, the non-solvent mixture  of  2-propanol-water  as  the  coagulation  media  has  been  done.  The  clay  composition  as  a  source  of  silica  is different, MA hybrid membrane using clay 9% and the membrane MB with clay 9% and PEG 9%. Permeability testing is done using filtration cells by determining the speed of water flow and dextran (flux) trough  hybrid membrane at a pressure  of  1  to  3.5  bar.  The  permeability  coefficient  is  determined  by  slope  of  the  graph  flux  (J)  toward  changing pressure  (ΔP) like  a  straight  line  (linear). The  results has  been tested and calculated  by  using data average  of two populations.  It  shown  the  difference  of  both  mebrane  permeability  was  not  significant.  The  coefficient  of  hybrid membrane MA and MB are equal to 3 x 10-5 ml / cm2.s.bar, while dextran permeability coefficient is 0.9 x 10-5 ml / cm2.s.bar.
Keywords : Permeability, Membrane hybrid, Flux, filtration Cells

## PENDAHULUAN
Membran  hibrid  adalah  suatu  membran  yang dibuat  dengan  cara  menambahkan    bahan anorganik    ke  dalam    matriks  polimer . Membran hidrid mempunyai kin erja pemisahan ( permeabilitas)  lebih  baik  terhadap    air    dan dekstran,    stabilitas  termal    dan    sifat    mekanik yang    juga    lebih  lebih    baik  dibandingkan membran yang  hanya  terbuat dari bahan organik
atau  anorganik  saja    disebabkan  adanya    bentonit dan    monmorilonit  yang  berasal  dari  lempung (Defontaine et al., 2010;  Medeiros et al., 2012; He et al., 2002) . Mohammad & Khadum (2006), juga melaporkan    bahwa  permeabilitas  membran hibrid  dipengaruhi  oleh  kandungan  silika  dalam sistem  membran.  Permeabilitas  air  membran hibrid meningkat dengan bertambahnya kandungan silika. Hal ini disebabkan, silika dalam membran dapat meningkatkan porositas membran.
Berdasarkan  penelitian  tersebut,  penulis  tertarik melakukan kajian
penelitian dengan membandingkan  perbedaan  komposisi  lempung dan  penggunaan  polietilen  glikol  (PEG)  dalam pembuatan    membran  hibrid  dalam  kaitannya dengan permeabilitasnya.
Polisulfon  digunakan  sebagai  bahan  dasar polimer.  Polisulfon  dipilih  sebagai  bahan  dasar pada  penelitian  ini  karena  memiliki  kestabilan mekanik, termal dan kimia yang baik (Anadao et al, 2010).Lempung  yang  digunakan  berasal  dari Desa  Pallas  Rumbai.  Lempung  ini  dipilih  karena intensitas  SiO2-nya  tinggi  yaitu  58%  (Nadarlis, 2012), sedangkan PEG berfungsi sebagai porogen untuk    meningkatkan  porositas  dari  membran yang  dihasilkan.  Non  pelarut  yang  digunakan sebagai  media  koagulasi  adalah  campuran      2- propanol-air.
Lempung  merupakan  mineral  skunder  yang terbentuk  dari  hasil  pelapukan  kimia  dan  fisika mineral  primer  dalam  proses  pembentukan  tanah. Struktur  kristal  lempung  terbentuk  dari  2  lapisan dasar  yaitu  silika  dan  alumina.  Lapisan  silika mempunyai  rumus  molekul  (Si 4 O 10 ) 4 ,  terbentuk dari  atom  silikon  (Si)  yang  membentuk  struktur tetrahedral  dengan    atom  oksigen  (O 2 )  atau hidroksil  Lapisan  alumina  mempunyai  rumus molekul Al 2 (OH) 6 ,  tersusun dari atom alumunium dan  atom  oksigen  yang  membentuk  struktur oktahedral.
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
Permeabilitas  dinyatakan    sebagai  fluks  dan dilambangkan  dengan  J.  Fluks    didefinisikan sebagai  jumlah  volum  permeat  yang  melewati  1 (satu)  satuan  luas  membran  dalam  satuan  waktu tertentu  dengan  adanya  gaya  penggerak  berupa tekanan, sesuai dengan persamaan 1 .
t A V J    (1)
Dalam  hal  ini,    J  adalah    fluks  air  murni (L/m 2 jam),  V  adalah  volume  permeat  (L),  A
adalah luas efektif membran (m 2 )  dan  t adalah waktu permeasi (jam).
Fluks membran dapat dinyatakan sebagai koefisien  permeabilitas.  Koefisien  permeabilitas membran  menunjukkan  kemampuan  membran dalam    melewatkan    zat  terlarut.    Koefisien permeabilitas    dihitung  dari  kemiringan (slope) grafik  fluks  terhadap  tekanan  yang  berupa  garis lurus (linier) sesuai dengan persamaan  2 .
J  = Lp . ΔP …………(2)
Dalam hal ini, Lp merupakan koefisien permeabilitas dan ΔP adalah perubahan tekanan.

## METODE PENELITIAN

## 1.  Pembuatan  membran hibrid
Membran  hibrid  yang  dibuat    2  (dua)  jenis  yaitu yang  mmenggunakan  lempung  18%  dan  9%. Membran 1 diberi simbol MA dibuat dengan cara :  melarutkan  18%  polisulfon  dalam  64%  dimetil formamida  (DMAc),    9%  lempung,  dan  9% polietilen glikol.(PEG).  Membran 2 diberi simbol MB  juga  menggunakan  polisulfon  dan  DMAc dalam  persentase  sama  tetapi  lempungnya  18%. Proses pelarutan dilakukan pada temperatur kamar selama  15  jam  menggunakan  pengaduk  magnetik 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  direndam dalam  bak  koagulasi  yang  telah  berisi  campuran non  pelarut  2-propanol-air  perbandingan  (1:1). Proses  koagulasi  dilakukan    selama  5  menit sehingga  membran terkoagulasi.

## 2.  Kompaksi membran
Membran    hibrid  polisulfon-lempung    dipotong berbentuk    lingkaran  dengan  diameter  sesuai  sel berpengaduk.  Sebelum  melakukan  kompaksi,
membran  terlebih  dahulu  direndam  dalam  air
selama 24 jam dengan tujuan untuk menghilangkan sisa pelarut  dan non pelarut yang masih  tertinggal    pada    pembuatan  membran. Membran  ditempatkan  pada  dasar  alat  membran sel. Selanjutnya sebanyak 200 mL air dimasukkan ke dalam sel  dan sel membran ditutup. Membran dikompaksi  pada  tekanan  2    bar  ,  selama  2    jam untuk  mendapatkan  kondisi    stabil.  Membran yang telah dikompaksi digunakan untuk pengukuran permeabilitas,

## 3.  Permeabilitas
Pengujian  permeabilitas  dillakukan  pada  air  dan larutan dekstran dengan  berat molekul          8.5- 11.5  kDa,    35-45  kDa  dan    400-500  kDa. Membran  yang  telah  dikompaksi  ditempatkan pada dasar membran sel. Pengukuran permeabilitas dilakukan dengan cara memasukkan 200  mL  akuades  ke  dalam  sel  dan  sel  membran ditutup.
Pengambilan    data    dilakukan    setelah  waktu pengukuran 10–15 menit, dimulai  saat tetesan air pertama  keluar  melewati  membran.  Air  yang melewati  membran    ditampung    dengan    gelas ukur  hingga volume 5 mL. Pengukuran dilakukan pada tekanan  3,5 ; 3,0;  2,5;  2,0; 1.5 dan 1,0 bar. Waktu  yang  dibutuhkan  air  untuk    melewati membran  dari  tetes  pertama  hingga  mencapai volume 5 mL dari masing-masing  tekanan dicatat sebagai waktu alir.
Kecepatan  alir  air  yang    melewati  membran dinyatakan    sebagai    fluks  air  (Persamaan  1). Koefisien  permeabilitas  air  ditentukan  dari kemiringan (slope) kurva    fluks    air  terhadap tekanan    sesuai  dengan  persamaan    regresinya (Persamaan  2).  Permeabilitas    dekstran  pada semua  berat  molekulnya  juga  dilakukan  dengan cara  yang  sama.seperti  penentuan  kecepatan  alir dekstran.

## 4. Analisis Statistik
Untuk  menentukan  signifikansi  perbedaan  rata- rata  permeabilitas  air  dan  destran  pada  membran hibrid MA  dan MB data dianalisis secara statistik menggunakan  uji  t  .  Dalam  uji  t,  untuk membedakan  nilai  rata-rata  dari  2  polulasi  data, perlu  dihitung  standar  deviasi    menggunakan persamaan  3  dan jumlah  kuadrat  dihitung  dengan persamaan 4 (Nazir, 2003).
Sx 1 -x 2 = 2 1 1 1 2 2 1 2 1 n n n n SS SS     
……     (3) SS = ∑ ∑ …………………  (4)
Dalam hal ini,  SS 1 = Jumlah kuadrat dari sampel 1, S 2 = Jumlah kuadrat dari sampel 2, n 1 dan n 2 = Jumlah sampel 1 dan 2, Sx 1 -x 2 = Standar deviasi dari  beda, =  Pengamatan  variabel  ke-i  . Hipotesis  pengujian    perbandingan  nilai  tengah populasi dari 2 perlakuan.yang berbeda dinyatakan sebagai berikut :
H o :  1 =  2 atau  1 -  2 = 0 H 1 :  1   2 atau  1 -  2  0
Nilai statistik uji t dihitung dengan persamaan  5 t  =  …………………      (5)
Kriteria pengujian hipotesis
Terima H o jika t hit ≤ t tab , df = n 1 + n 2 -2 Tolak  H o jika t hit > t tab, df = n 1 + n 2 -2

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Karakterisasi Permeabilitas
Karakterisasi    permeabilitas    air    dan      larutan dekstran    membran    hibrid  MA    dan  MB dilakukan menggunakan sel filtrasi  berpengaduk. Kondisi  operasional  dilakukan  pada  temperatur 25±2 o C dan tekanan 1-3,5 bar. Hasil pengukurannya dicantumkan pada      Tabel 1.
Berdasarkan     Tabel  1  ditunjukkan    bahwa    fluks air    pada    kedua  membran  lebih  tinggi dibandingkan  fluks  dekstran.  Hal  ini  disebabkan nilai  fluks  berbanding    terbalik  dengan    ukuran molekul   yang  akan  dipisahkan. Air mempunyai ukuran  molekul    lebih  kecil    dibandingkan dekstran,  akibatnya  pada  tekanan  operasi  yang sama,  maka    fluks  air  >  fluks  dekstran,  seperti ditunjukkan    pada Gambar 1.
Gambar 1   Perbandingan Fluks  Air  dan  Dekstran pada Membran  MA dan MB  tekanan 3,5 bar
Demikian  juga  halnya  pada  dekstran.  Dekstran dengan BM rendah mempunyai  fluks yang tinggi, sebaliknya    dekstran    dengan  BM  tinggi mempunyai  nilai  fluks  rendah,  seperti  yang ditunjukkan  pada  Gambar  1.  Hasil  ini  sesuai dengan  Mulder  (1996),  yang  menyatakan  fluks aliran membran dipengaruhi ukuran molekul yang dipisahkan.  Ahmad  (2005)  juga  melaporkan bahwa  pada  pH  yang  sama  fluks  air  lebih  tinggi dibandingkan  fluks dekstran dan dekstran dengan BM kecil  mempunyai  nilai fluks yang besar.
Meskipun  demikan,  pada  Tabel  1    dapat  dilihat bahwa ada beberapa tekanan (1, 2 dan 3 bar) pada membran  hibrid  MA  ,  fluks  dekstran  BM  besar (400-500 kDa) lebih tinggi dibandingkan dekstran  BM  kecil.  Kondisi  ini  disebabkan dekstran  merupakan  fluida  Newtonian  yang tegangan  gesernya   berbanding  lurus  secara  linier dengan gradien kecepatan pada  arah tegak  lurus bidang  geser.  Pemberian  tekanan  pada  membran filtrasi akan meningkatkan kecepatan aliran fulida karena bertambah besarnya ukuran pori membran dan  dorongan    pada  molekul  dekstran  untuk melewati  pori  membran.    Dekstran  dengan  BM besar  akan  mempunyai  mempunyai  gaya  tekan yang  besar  pada  membran  hibrid  MA  yang bersifat  elastis,  akibatnya  dekstran  BM  besar mempunyai  fluks  dekstran  tinggi.  Selain  itu, bentuk  molekul  dekstran  yang  dinamis  dan kemungkinan berubah bentuk agar sesuai dan bisa melewati  pori  membran  terutama  akibat  laju  alir yang  tinggi    pada  saat  dekstran  akan  masuk  ke pori membran.
Tekanan operasi  yang digunakan pada pemisahan menggunakan  membran  sebanding  dengan  fluks
yang  dihasilkan  (Mulder,  1996).    Pada    jenis membran yang sama dalam penelitian ini, tekanan operasi 3,5 bar mempunyai fluks air dan dekstran paling  tinggi  dibandingkan  tekanan  lainnya, seperti  ditunjukkan  pada  Gambar  2.  Kondisi  ini disebabkan,  semakin  besar  tekanan,  maka  ukuran pori  membran  akan  bertambah  besar.    Hasil  ini senada  dengan  Thurmer et  al., (2012),    yang melaporkan  bahwa    peningkatan  tekanan  seiring dengan  peningkatan  fluks  air  pada  membran PVDF  A dan B.

## Gambar  2  Grafik Pengaruh Tekanan terhadap Fluks Air  pada Membran Hibrid MA dan MB
Menurut  Mulder  (1996),  kecepatan  pemisahan menggunakan  membran    juga    dipengaruhi ukuran  pori  membran.    Membran  dengan  ukuran pori  besar  akan  menghasilkan  nilai  fluks  yang besar.  Namun  membran  dengan    ukuran  pori kecil  tetapi  jumlah  pori  lebih  banyak  juga  akan menghasilkan    nilai    fluks  yang  besar,  akibatnya meskipun  nilai  fluks  air    antara  membran  hibrid MA  dan  MB  berbeda  tetapi    perbedaannya  tidak signifikan.
Hasil analisis ini, juga didasarkan  pada pengujian statistik  perbedaan rata-rata nilai  fluks air  kedua membran  menggunakan  uji  t  (persamaan  3) dengan  pengujian  hipotesis    H o diterima,    jika nilai t hit ≤  t tab dan H o ditolak, jika t hit > t tab , dengan kriteria, H o :  1 =  2 atau  1 -  2 = 0  dan H 1 :  1   2 atau  1 -  2  0.  Dari  hasil perhitungan    perbedaan  nilai  fluks  air  kedua membran diperoleh, nilai t hitung = 1,465  t Tabel 0,05 (2) =  2,132, yang  berarti hipotesis H o; diterima. Hal  ini  menunjukkan,  nilai  fluks  air  kedua membran  tidak  berbeda    signifikan.    Kondisi    ini
menyebabkan  koefisien  permeabilitas  air  kedua membran  menjadi  bernilai  sama  yaitu,  3  x 1mL/cm 2 .s.bar.  Koefisien permeabilitas  dekstran
juga  menunjukkan nilai yang berkisar sama  yaitu 0,9  x 10 -5 -1 x 10 -5 mL/cm 2 .s.bar.

## Tabel 1 Permeabilitas Air, Dekstran  pada Membran   Hibrid MA  dan MB
Kode            Tekanan
Membran           bar                        Air                                                        Dekstran
8,5-11,5kDa     35-45kDa            400-500 kDa J            Lp              J             Lp            J            Lp            J                Lp 1,00 1,991 1.460 1,062 1,072 1,50 2,628 1,290 1,182 1,109 MA 2,00 3,801 3,00 2,141 1,00 1,537 1,0 1,938 0.90 2,50 4,197 - - - 3,00 6,653 2,821 2,434 2,697 8,448 3,504 3,224 3,038                       3,50 1,00 2,639 1,300 1,106 1,032 1,50 3,287 1,491 1,294 1,136 MB 2,00 4,376 3,00 2,517 1,00 1,395 0,90 1,304 0,90 2,50 5,029 - - - 3,00 7,778 3,623 3,214 2,836 3,50 10,82 4,819 3,559 3,119
J   =  Fluks Air dan Dekstran,    x 10 -5 mL/cm 2 .s Lp  =  Koefisien Permeabilitas,  x 10 -5 mL/cm 2 .s. bar

## KESIMPULAN
1. Fluks  air  membran  hibrid  MA  yang menggunakan silika lebih  rendah  adalah sebesar 3,795 x 10 -5 mL/cm 2 .s , sedangkan membran hibrid MB (silika lebih banyak) 5,654 x 10 -5 mL/cm 2 .s
2. Fluks  dekstran  membran  hibrid  MA  yang menggunakan silika lebih  rendah  adalah sebesar 1,166 x 10 -5 mL/cm 2 .s , sedangkan membran hibrid MB (silika lebih banyak) 1,874 x 10 -5 mL/cm 2 .s
3. Koefisien  permeabilitas  air  dan  dekstran membran  hibrid  MA  dan  MB  tidak berbeda signifikan.
4. Koefisien  permeabilitas  air  membran hibrid  MA  dan  MB    bernilai  sama  yaitu, 3x 10 -5 mL/cm 2 .s.bar. Koefisien permeabilitas    dekstran    juga    bernilai sama  yaitu    0,9  x 10 -5 mL/cm 2 .s.bar.

## DAFTAR ACUAN
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.
Medeiros,  K,M.    Sara,  V.O.  Elaine,    P.A. Edcleide,    M.A    &  Hélio,    L.L.,    2012, Study  of  Polymide  66/  Bentonite  Clay
Hibride Membranes Obtained by
Solution, Materials  Science  Forum :
727-728 .
Mohammad  W.A  &  Khadum  A.H.,  2006, Pengaruh  Kandungan  Silika  terhadap Sifat  Termal  Membran  Hibrid  (Poli Metil  Metakrilat)/  SiO 2 , Prosiding Seminar  Himpunan  Kimia  Indonesia 12
September 2006,  Pekanbaru.
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. Nazir,  M.,  2003, Metode  Penelitian ,  Ghalia Indonesia, Jakarta Thürmer,    M.B.  Patrícia,  P.    Marcos,  M.
Jocelei,    D  &  Mara,  Z.,  2012,  Effect  of Non  Solvents  Used  In  The  Coagulation Bath on Morphology of PVDF
Membranes, Materials Research 15 (6): 1-15. Tweddle,  T.A.  Striez  C.N  &  Kutowy O.,1994, Laboratory Workshop, Membrane  Fabrication and  Membrane Testing , CIDA Course, Canada
Zaiyar,2014,  Pengaruh  Zat  aditif  pada Membran  Hibrid  Polisulfon-lempung, Jurnal Photon, 4(2) : 33-38