Selektivitas Membran Hibrid PS/DMAc/PEG-Lempung dan PS/DMAc/Lempung Dalam Non Pelarut Campuran H 2 O/2-propanol Zaiyar*
2 Jurusan Teknik Sipil, Sekolah Tinggi Teknologi Pekanbaru
*Coresponding Author : zaiyar68@yahoo.co.id

## Abstrak
Selektivitas  membran  hibrid  PS/DMAc/PEG-Lempung    yang  menggunakan  polimer  polisulfon  (PS),  pelarut dimetil asetamida (DMAc) zat aditif polietilen glikol (PEG) dan lempung dan PS/DMAc/Lempung  yang tanpa menggunakan    PEG  ditentukan  dari  kemampuan  kedua  membran  dalam  merejeksi  dekstran.  Perbandingan konsentrasi  retentat  didalam  permeat  dan    umpan  ditentukan    spektrofotometri UV-Vis .  Selektivitas  membran hibrid    PS/DMAc/PEG-Lempung    sebesar  97,06%,  sedangkan    membran  hibrid  PS/DMAc/Lempung    sebesra 82,77%.    Pengujian    selektivitas  rata-rata  kedua  membran  menggunakan  uji  t  menunjukkan  perbedaan  yang signifikan. Perbedaan komposisi dari polietilen glikol dan lempung mempengaruhi selektivitas dari membran yang dihasilkan . Membran hibrid PS/DMAc/PEG-Lempung  lebih selektif dalam merejeksi dekstran.karena jumlah, ukuran dan distibusi pori lebih baik dibandingkan membran PS/DMAc/Lempung
Kata Kunci : Selektivitas,Membran hibrid, Rejeksi, Signifikan

## 1. Pendahuluan
Membran  hibrid    PS/DMAc/PEG-Lempung dan  PS/DMAc/Lempung  adalah  membran yang  dibuat  dengan  cara  menambahkan bahan  anorganik lempung ke dalam  matriks polimer  polisulfon.  Pencampuran  kedua bahan  ini  bertujuan  mengatasi  keterbatasan dari membran yang dihasilkan.
Membran  yang  terbuat  dari  bahan  polimer mempunyai  selektivitas rendah, tidak stabil pada  suhu  dan pH ekstrim, serta mengalami penggembungan  dan  terdekomposisi  dalam pelarut organik. Sedangkan membran anorganik  aplikasinya  terbatas,  rapuh  dan mahal (Zulfikar, et al., 2006)
Pada  penelitian  sebelumnya,  telah  dilakuan kajian  terhadap  permeabilitas  membran hibrid  polisulfon-lempung  (Zaiyar,  2014). Pada  penelitian  ini  akan  dilakukan  kajian terhadap selektivitas membran hibrid PS/DMAc/PEG-Lempung dan PS/DMAc/Lempung karena kinerja berkaitan dengan permeabilitas dan selektivitas. Membran  hidrid  mempunyai      kinerja pemisahan  disebabkan  kandungan  bentonit dan  monmorilonit yang berasal dari lempung (Defontaine et al., 2010)
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 selektivitas membrannya.
Polisulfon  dipilih  sebagai  material  organik polimer karena memiliki kestabilan mekanik, termal  dan  kimia  yang  baik  (Anadao et  al, 2010). Lempung yang digunakan berasal dari Desa Pallas Rumbai.  Lempung  ini memiliki kandungan    SiO2-sekitar  58%  (Nadarlis, 2012),  sedangkan  PEG  berfungsi  sebagai porogen untuk  meningkatkan porositas dari membran yang dihasilkan.
Dimetil
Acetamida  merupakan  pelarut  yang  baik untuk  melarutkan  polisulfon.  Non  pelarut yang  digunakan  sebagai  media  koagulasi adalah campuran   2-propanol-air.
Selektivitas  membran  merupakan  ukuran kemampuan membran menahan atau melewatkan suatu molekul terlarut. Selektivitas  membran  tergantung  pada interaksi antar permukaan  dengan  molekul, ukuran  molekul,  dan  ukuran  pori  membran. Selektivitas    dinyatakan    sebagai  koefisien rejeksi yang  dilambangkan dengan R, yaitu
fraksi  konsentrasi  zat  yang  tertahan  oleh membran.  Menurut  Mulder  (1996),  rejeksi suatu  zat  padat  terlarut (solute) ditentukan oleh persamaan  1
% 100 1 % 100  − =  − = Cb Cp Cb Cp Cb R (1)
Dalam  hal  ini, Cp adalah  konsentrasi  zat terlarut di dalam permeat dan Cb adalah rata- rata konsentrasi zat terlarut di dalam umpan (feed) dan retentat.
Pengukuran konsentrasi zat terlarut di dalam umpan , permeat  dan  retentat  ditentukan dengan metode spektrofotometri sinar tampak.
Spektrofotometri  merupakan salah satu cara analisis  kimia  berdasarkan pada penyerapan sinar    monokromatis    oleh    suatu  larutan berwarna,  yaitu  dengan  cara  mengukur intensitas  sinar  yang  diserap  oleh  larutan berwarna  pada  panjang  gelombang    (  ) tertentu dengan
menggunakan
monokromator  prisma  atau  kisi  difraksi dengan detektor (Khopkar, 1990).  Intensitas sinar yang diserap larutan diukur berdasarkan hubungan Lambert-Beer
mengikuti
persamaan 2.
…….          (2)
Dalam hal ini, A  adalah  absorbansi,            a adalah  tetapan  absorptivitas  (jika c dalam ppm), b adalah panjang  jalan  sinar  melewati sampel  (cm),  c  adalah    konsentrasi  larutan dan  ε  adalah    tetapan  absorptivitas  molar (jika c dalam molar).
Pengukuran    rejeksi    dalam    penelitian    ini bertujuan    untuk    mengetahui    daya  tolak membran    terhadap  dekstran.    Nilai  R bervariasi  antara  0–100%,  jika  R  =  100% berarti terjadi pemisahan sempurna (membran  semipermeabel ideal),  sedangkan nilai R = 0% berarti partikel semua lolos dari membran. Faktor-faktor yang mempengaruhi
nilai    rejeksi    membran  antara  lain:  ukuran partikel  yang  dapat  melewati  membran, interaksi  antara  membran  dengan  umpan, ukuran  pori  dan  porositas  membran. Membran  yang    memiliki  ukuran  pori  kecil akan  memberikan  tolakan  yang  lebih  besar dibandingkan  membran  yang  mempunyai ukuran pori lebih besar (Mulder,1996).

## 2. Metode Penelitan

## 2.1 Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan pada penelitian ini adalah:  Sel berpengaduk, ayakan 200 mesh, pengaduk  magnetik,  batang stainless  steel, spektrofotometer Genesys 10S UV-Vis
Bahan-bahan  kimia  yang  digunakan  pada penelitian  ini  adalah  :  Polisulfon  UDEL P3500  ( Solvay  Advance  Polymer ),  lempung Desa    Palas  (SiO 2 =  58%),    N,N  Dimetil asetamida (DMAc) ( Merck ), polietilen glikol (PEG) 4000, dekstran 400–500 kDa, dekstran 35-45 kDa, dekstran 8,5–11,5 kDa ( average mol.Wt ), H 2 SO 4 pekat, Fenol 5%.
2.2 Pembuatan Membran Hibrid
Pada penelitian ini, membran hibrid
PS/DMAc/PEG-Lempung dan PS/DMAc/Lempung  dibuat  secara  inversi fase.  Membran  hibrid  PS/DMAc/PEG- Lempung  dibuat  dengan  cara  :  melarutkan 18% polisulfon dalam 64% dimetil formamida  (DMAc),    9%  lempung,  dan  9% polietilen  glikol  (PEG).  Membran  hibrid PS/DMAc/Lempung juga menggunakan polisulfon dan DMAc dalam persentase sama tetapi tanpa menggunakan PEG dan lempungnya  adalah  18%.  Masing-masing matriks  polimer  membran  hibrid  secara terpisah  dilarutkan  menggunakan  pengaduk magnetik  pada  temperatur  kamar selama 15 jam  sampai  larutan    homogen.    Larutan  ini, selanjutnya  akan  menjadi  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    masing- masing 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 terbentuklah membrane hibrid
PS/DMAc/PEG-Lempung
dan
PS/DMAc/Lempung terkoagulasi.

## 2.3  Kompaksi Membran Hibrid
Membran    hibrid  PS/DMAc/PEG-Lempung dan PS/DMAc/Lempung dipotong berbentuk lingkaran    dengan  diameter  sesuai  sel berpengaduk. Sebelum melakukan kompaksi,  membran  hibrid  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  bagian  dasar  dari  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 selaktivitas,

## 2.4   Pengukuran Selektivitas
Pengujian    selektivitas  membran    hibrid PS/DMAc/PEG-Lempung  ditentukan  dari rejeksi    membran    terhadap  dekstran. Dekstran  dengan    berat  molekul    (8.5-11.5 kDa,  35-45  kDa  dan  400-500  kDa) dilarutkan hingga konsentrasinya   100 ppm. Larutan  dekstran  dimasukkan  ke  dalam  sel berpengaduk  yang  telah  berisi  membran, dengan    laju    adukan  500  rpm      pada  suhu
kamar.  Permeat dan retentat pada  berbagai tekanan    (1,0  ;  1,5  ;    2,0;  3.0  dan  3,5  bar) ditampung    sebanyak    5  mL,  begitu  juga dengan    umpan  yang  digunakan  diambil sebanyak  5  mL.      Waktu    yang    diperlukan untuk  mendapatkan  permeat sebanyak       5 mL dicatat sebagai waktu alir dekstran.
Konsentrasi  zat    terlarut  di  dalam  permeat (Cp),  konsentrasi  zat  terlarut  di  dalam feed (Cf) dan konsentrasi rentetat (Cr) ditentukan dengan  metoda  kolorimetri  menggunakan spektrofotometer UV-Vis . Rejeksi (R) dekstran  ditentukan  dengan  persamaan (2).
Konsentrasi permeat dan retentat serta umpan diukur  dengan  metode  kolorimetri,    yaitu dengan  menambahkan  5  mL  asam  sulfat pekat dan 1 mL fenol 5% ke dalam    1 mL masing-masing  larutan  dekstran.    Sampel diaduk    hingga  homogen  menggunakan Vortec Genie dan dibiarkan pada suhu kamar dan ditentukan absorbansinya  menggunakan spektrofotometer UV-Vis pada    panjang gelombang  optimum    (  )  490  nm. Konsentrasi ditentukan dengan mensubstitusikan    absorbansi  dari:  umpan, retentat  dan  permeat   pada  kurva kalibrasi larutan  standar  dekstran    0  ;  25  ;  75  ;  125  ; 250    dan  500  ppm.  Panjang  gelombang gelombang    (  )    optimum    merupakan panjang  gelombang    yang  menghasilkan absorbansi maksimum.

## 2.3 Pengujian Selektivitas Rata-rata Secara Statistik
Untuk  menentukan  signifikansi  perbedaan rata-rata  selektivitas  air  dan  destran  pada membran    hibrid  PS/DMAc/PEG-Lempung dan  PS/DMAc/PEG-Lempung  dilakukan 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

## 3.Hasil dan Pembahasan

## 3.1    Karakterisasi Selektivitas
Berdasarkan  Tabel  1  diketahui  bahwa koefisien rejeksi  dekstran  dengan BM 400- 500  kDa    pada  kedua  membran  lebih  tinggi dibandingkan  dekstran    berat  molekul    8,5- 11,5  kDa  (Gambar  4.10).  Hasil  ini  sesuai dengan  Mulder  (1996)  yang  menyatakan, selektivitas  membran  dipengaruhi  oleh ukuran molekul yang dipisahkan.
Gambar   1. Perbandingan Selektivitas Dekstran pada Membran      Hibrid  PS/DMAc/PEG- Lempung  dan   PS/DMAc/Lempung
Selektivitas    yang      tinggi  dapat    diperoleh jika  ukuran  partikel   terlarut  relatif  lebih besar  dari  ukuran pori membran   (Mulder, 1996). Oleh karena itu, pada  jenis membran yang sama, semakin  besar ukuran  molekul yang  dipisahkan, maka semakin besar fraksi yang dapat tertahan, sehingga semakin  besar pula  selektivitasnya.  Hasil  yang  sama  juga dilaporkan    Ahmad    (2005),  pada  pH  yang sama  koefisien  rejeksi  dekstran  BM  besar dari  membran  polisulfon  lebih  tinggi dibandingkan dekstran BM rendah.
Pengaruh      distribusi    pori    membran    pada koefisien   rejeksi   dekstran dapat diketahui dari  nilai   koefisien  rejeksi membran hibrid PS/DMAc/PEG-Lempung  yang  lebih  tinggi dibandingkan
membran PS/DMAc/Lempung    (97,06%    >  82,77%  ), seperti ditunjukkan   pada  Gambar 1.  Hasil ini  ,  juga    didukung  oleh    pengukuran morfologi  membran    dengan    menggunakan SEM (Gambar 2). Dari analisis dengan  SEM dapat  diketahui,    permukaan  membran PS/DMAc/PEG-Lempung mempunyai ukuran  pori  lebih  kecil,  jumlah  pori  lebih banyak  dan  distribusi  pori  lebih  merata dibandingkan membran PS/DMAc/Lempung (Zaiyar,2014).  Kondisi  ini,    menyebabkan membran    hibrid  PS/DMAc/PEG-Lempung lebih  selektif  dalam  merejeksi  dekstran dibandingkan dengan membran hibrid PS/DMAc/Lempung.  Hasil    ini    senada dengan  Liu &  Ji  (2008),  yang melaporkan
76,74 89,78 97,06 62,94 70,59 82,87 0 20 40 60 80 100 120 Se le kt iv itas D e kstr an . % Membran PEL 1 Membran PL 1
bahwa membran  hibrid  berpori mempunyai selektivitas tinggi.
(a) (b)
Gambar 2. Morfologi Membran PS/DMAc/PEG- Lempung (a) dan PS/DMAc/Lempung (b) Sumber : Zaiyar (2014)
Berdasarkan    uji  statistik  pada  perbedaan koefisien    rejeksi  antara  membran  hibrid PS/DMAc/PEG-Lempung  dan  PS/DMAc/ Lempung  menggunakan uji t  diperoleh nilai t hitung = 19,767  >   t tabel 0,05 (2) = 4.303,  yang berarti hipotesis H o; ditolak dan hipotesis H 1 diterima (H o :  1 =  2 atau  1 -  2 = 0  dan H 1 :  1   2 atau  1 -  2  0).  Hal  ini menunjukkan  bahwa    koefisien  rejeksi membran    PS/DMAc/PEG-Lempung  dan PS/DMAc/Lempung  berbeda signifikan
Berdasarkan    analisis  tersebut  diketahui selektivitas terhadap dekstran  dari membran hibrid      ditentukan  dari    struktur    membran yang    digunakan    pada    proses  pemisahan. Karakteristik    dari    non  pelarut  dan  pelarut yang  digunakan    dalam    proses  koagulasi berperan  dalam    mempengaruhi  struktur membran yang dihasilkan.
Difusi    non  pelarut  2-propanol-air  ke  dalam larutan    tuang    lebih    lambat    dibandingkan non  pelarut  air,  namun  lebih    lambat dibandingkan non pelarut 2-propanol disebabkan koefisien difusi                        (2- propanol < 2-propanol-air < air).  Pertukaran pelarut  dan  non  pelarut  yang berlangsung cepat  (pemisahan  seketika),      pada penggunaan non pelarut air dalam pembuatan membran hibrid polisulfon-lempung
menghasilkan
membran berstruktur
asimetris  (Meretsa,2012).   Penggunaan  non pelarut   2-propanol  menghasilkan membran berstruktur simetris   (Thurmer et  al., 2012). Pada  penelitian ini, penggunaan non pelarut 2-propanol-air  menghasilkan    membran hibrid  polisulfon-  lempung    berstruktur asimetris
Struktur  membran    hibrid    polisulfon- lempung    yang    dihasilkan  pada  proses inversi fase juga  berkaitan  dengan  koefisien koagulasi.  Koefisien  koagulasi  2-propanol- air    (Δδc-p  =  22,87  Mpa 1/2 ),    lebih  rendah dibandingkan koefisien koagulasi  air   (Δδc- p = 33.43 Mpa 1/2 ),  namun   lebih  tinggi dari koefisien    koagulasi  2-propanol  (Δδc-p  = 12,32  Mpa 1/2 ).    Hal  ini  berarti,                  2- propanol-air mempunyai kemampuan koagulasi  yang  terletak  di  antara  air  dan  2- propanol.
Menurut  Tomaszewska  (1996),  struktur membran  berpori  dihasilkan    oleh  proses koagulasi    yang    tertunda,    namun,  jika koagulasi  seketika  akan    terbentuk    lapisan kulit  yang  rapat.    Oleh    karena  itu,    proses koagulasi    membran    hibrid  polisulfon- lempung  dalam non pelarut  2-propanol-air berada diantara seketika  dan tertunda, maka membran  hibrid  polisulfon-lempung  yang dihasilkan  adalah  berpori  kecil  dengan jumlah pori lebih banyak dan  distribusi pori lebih    merata,  sehingga  menghasilkan koefisien    permeabilitas    air    dan    dekstran serta selektivitas dekstran  yang lebih tinggi. Hasil  ini  lebih  tinggi  dibandingkan  Meretsa (2012),  pada  jenis  membran  yang  sama namun  menggunakan non pelarut air.   Dari hasil ini, dapat  dinyatakan bahwa non pelarut 2-propanol-air dapat meningkatkan selektivitas dekstran.
Menurut  Ahmad  (2005),  membran  yang mempunyai  kinerja  baik  adalah  membran dengan nilai   fluks, koefisien  permeabilitas dan koefisien rejeksi juga besar ( R > 90%). Fluks    yang    besar      menunjukkan    proses pemisahan  berlangsung  cepat  dan koefisien

## rejeksi    yang    besar  berarti      proses pemisahannya  berlangsung  baik.
Tabel 1. Selektivitas Dekstran pada Membran  Hibrid PS/DMAc/PEG-Lempung dan PS/DMAc/Lempung (T=25±2 o C, P= 1-3,5 bar) Membran Tekanan                          Rejeksi Dekstran,% Hibrid bar 8,5-11,5 kDa 35-45 kDa 400-500 kDa PS/DMAc/ 1,00 48,43 84,36 90,77 PEG-Lempung 1,50 68,86 85,71 92,73 2,00 70,37 87,09 93,93 3,00 75,17 88,10 95,24 3,50 76,74 89,78 97,06 PS/DMAc/ 1,00 34,07 51,72 72,17 Lempung 1,50 44,88 53,74 75,00 2,00 52,82 60.26 79,87 3,00 56,49 65,13 81,37 3,50 62,94 70,59 82,77

## 4. Kesimpulan
1. Selektivitas membran hibrid PS/DMAc/PEG-Lempung yang menggunakan  PEG  dan lempung  sebesar 97,06% dan membran hibrid
PS/DMAc/Lempung  yang  tanpa  PEG sebesar 82,77%.
2. Perbedaan  komposisi  PEG  dan  lempung mempengaruhi selektivitas membran hibrid.
3. Perbedaan  rata-rata  koefisien  rejeksi membran  antara  hibrid  PS/DMAc/PEG- Lempung  dengan  PS/DMAc/Lempung berbeda signifikan.

## 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.
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.
Liu, X. Peng, Y and  Ji, S., 2008 , A New Method  to  Prepare  Organic– Inorganic  Hybrid  Membranes, Desalination 221:  376–382. . Meretsa R., 2012,  Pembuatan  Membran Hibrid Polisulfon-Lempung Secara  Inversi  Fase    dengan Variasi    Waktu    Perendaman. Skipsi Jurusan Kimia FMIPA UR, 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
Tomaszewska, M., 1996, Preparation and properties of flat-sheet membranes from poly(vinylidene fluoride) for membrane
distillation,
Desalination 104 : 1-11. Zaiyar,  2014,  Permeabilitas  Air  dan Dekstran  Membran  Hibrid  yang Dokoagulasi 2-propanol-air, Sainstek 3 (1) : 29 – 33 Zaiyar,  2014,    Pengaruh  Zat  Aditif  pada Membran Hibrid Polisulfon- Lempung, Photon  4 (2) : 33 – 38 Zulfikar,    et  al.,  2006,  Synthesis  and characterization  of  poly(methyl
methacrylate)/SiO2 hybrid
membranes:  Effect  of  solvents  on structural  and  thermal  properties.
Journal of Applied Polymer
Science. 99: 3163-3171.