## Pengaruh Variasi Komposisi Pelarut
Terhadap Kinerja dan Sifat Fisikokimia Membran Selulosa Asetat
Effect of Variation Solvent Composition on Performance and Physicochemical Properties of Cellulose Acetate Membrane
Dwi Indarti *) , Nanda Widayanti, Neran Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember
*) Email: indarti.fmipa@unej.ac.id

## ABSTRACT
Performance  Cellulose  acetate  (CA)  were  characterized  by  the  variation  of  solvent  composition (acetone  and  formic  acid)  with  a  mole  ratio  of  5/10;  6/9;  7/8;  8.7;  and  9/6  and  the  addition  of additives  MSG  6%.  Characterization  was  conducted  on  the  membrane  performance  (flux, permeability  coefficient,%  rejection)  and  physicochemical  properties  include  density  test  and analysis of membrane structure by FTIR. Membrane solvent variation results, 6/9 has the lowest density values. Results flux, permeability coefficient and the highest rejection is obtained when the composition  of  the  9/6.  FTIR  test  results  showed  no  difference  between  the  polymer  cellulose acetate cellulose acetate membrane solvent variation results.
Keywords: Cellulose acetate, solvent, phase inversion, FTIR.

## PENDAHULUAN
Teknologi  pemisahan  menggunakan  membran semakin berkembang pesat dari tahun ke tahun. Dibandingkan dengan proses-proses pemisahan yang  lain,  teknologi  membran  mempunyai beberapa  keunggulan  antara  lain  dalam  hal pneggunaan  energi.  Keberhasilan  proses pemisahan  dengan  membran  tergantung  pada kualitas membran tersebut. Membran ultrafiltrasi  merupakan  salah  satu  jenis membran dengan gaya dorong tekanan. Prinsip pemisahan dari membran ultrafiltrasi ini adalah menahan koloid dan makro molekul (misalnya protein)  tetapi  dapat  melewatkan  partikel garam,  gula,  air  dan  molekul  kecil.  Salah  satu material membran
ultrafiltrasi yang berkembang  saat  ini  adalah  selulosa  asetat. Kelebihan  selulosa  asetat  sebagai  material membran  yaitu  mudah  untuk  diproduksi  dan bahan  mentahnya  merupakan  sumber  daya yang dapat diperbaharui (Wenten, I .G. 2000).
Teknik  yang  digunakan  pada  proses pembuatan  membran  ultrafiltrasi  di  antaranya inversi  fasa. Teknik inversi  fasa mempunyai beberapa  kelebihan  di  antaranya  mudah dilakukan, pembentukan pori dapat dikendalikan  dan  dapat  digunakan  pada berbagai macam polimer (Wenten, I .G. 2000).
Morfologi  membran  dipengaruhi  oleh  sistem pelarut  dan  non  pelarut,  kosentrasi  polimer, komposisi bak koagulasi dan komposisi larutan polimer  (Mulder,  M.  1996).  Selain  itu  ada beberapa faktor yang mempengaruhi karakteristik  membran,  salah  satunya  yaitu variasi komposisi pelarut.Penelitian ini difokuskan  pada  variasi  komposisi  pelarut yaitu aseton dan asam format.
Menurut  beberapa  penelitian,  komposisi selulosa  asetat  20%,  formamida  33%  dan aseton
47% menghasilkan
membran ultrafiltrasi  dengan  nilai MWCO BSA  sebesar 9000  kDa  (Bhongsuwan,  Bhongsuwan  and  J. NaSuwan.  2008).  Komposisi  formamida digantikan  dengan  asam  format  untuk melarutkan MSG, (Idris, A, 2008). Selain dapat melarutkan  MSG  asam  format  merupakan pelarut  selulosa  asetat  dengan  tingkat  selisih kelarutan  ( ∆ δ) 4,48  sedangkan  formamida 19,74  (Brandrup  1975).  Morfologi  membran juga  dapat  dikendalikan  dengan  penambahan zat  aditif.  Konsentrasi  aditif  6  %  MSG  pada membran selulosa asetat kinerjanya paling baik dalam  menghasilkan  pori  membran  dengan struktur  jari  ( finger  like) (Idris  A,  2008). Berdasarkan  data  di  atas  dalam  penelitian ini  variasi  komposisi  pelarut,  yaitu  aseton  dan asam  format  serta  penambahan Mono Sodium
12 Pengaruh Variasi Komposisi Pelarut … ( Indarti, dkk)
Glutamat (MSG) sebesar 6%,  diharapkan akan mempengaruhi  kinerja  membran  (fluks  dan rejeksi/permselektivitas)  membran  selulosa asetat.
Penelitian  ini  bertujuan  mempelajari pengaruh  variasi  pelarut  aseton  dan  asam format  terhadap  densitas,  kinerja  membran (fluks,  koefisien  permeabilitas,  dan  %  rejeksi) dan sifat kimia membran menggunakan Fourier Transform Infrared (FTIR).

## METODE

## Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan pada penelitian ini yaitu Selulosa  Asetat  (Aldrick  BM  30.000), aseton(merck),  asam  format(Aldrick),  H2SO4 (97-98%  merck),  fenol  dan  dekstran  100-200 kDa.
Alat  yang  digunakan  dalam  penelitian  ini antara  lain:  alat-alat  gelas, hot  plate (penangas),  pengaduk,  neraca  analitis  merk OHAUS,  kompresor ,  micrometer ,  selotip, spectrophotometer  UV/VIS 756CRT,  botol semprot,  alat  pencetak  membran  (pelat  kaca dan  lampu  neon),  bak  koagulasi, stopwatch , dan  satu  set  alat  ultrafiltrasi  modul  flat  sistem dead-end ,  dan  spektrofotometer Fourier Transform Infrared (FTIR). Pembuatan membran selulosa asetat dilakukan  dengan  teknik  inversi  fasa,  yaitu dengan  melarutkan  polimer  selulosa  asetat dengan  pelarut  aseton  dan  asam  format  pada beberapa  perbandingan  5/10,  6/9,  7/8,  8/7  dan 9/6 mol dan  MSG 6 %. Larutan diaduk sampai homogen dengan pengaduk magnetik,
kemudian i diamkan sampai tidak mengandung gelembung udara. Larutan kemudian dituang di atas  plat  kaca  yang  bagian  tepinya  diberi selotip  (mengatur  ketebalan  membran)  dan dicelupkan dalam bak koagulasi yang berisi air.

## Karakterisasi Membran Selulosa Asetat
Karakterisasi  membran  selulosa  asetat meliputi  uji  densitas,  kinerja  membran  (fluks, koefisien  permeabilitas)  dan  uji  struktur (FTIR).
Uji fluks air adalah jumlah volume permeat yang  diperoleh  per  satuan  waktu  dan  satuan luas  permukaan  membran.  Sebelum  uji  fluks air,  terlebih  dahulu  dilakukan  kompaksi terhadap  membran  yang  akan  diuji.  Kompaksi dilakukan  dengan  mengalirkan  air  melewati membran  hingga  diperoleh  fluks  air  yang
konstan.  Persamaan  yang  digunakan  untuk menghitung fluks adalah:
𝐽 = 𝑉 𝐴 . 𝑡 dimana :
J =Fluks (L/m 2 . jam) V = Volume permeat (L)
A = Luas permukaan (m 2 ) t = waktu (jam)
Tekanan operasional yang digunakan untuk uji fluks  membran  adalah  2  bar,  sedangkan  untuk uji  koefisien  permeabilitas  membran  terhadap air  adalah  1;  1,5;  2;  2,5;  3  bar.  Rumus  untuk keofisien permeabilitas yaitu :
Jv = Lp Δ P Di mana : Jv = fluks air (L/m 2 jam) Lp  =  koefisien  permeabilitas  (L/m 2 . jam.atm) ∆ P = perubahan tekanan
Koefisien rejeksi (R) merupakan gambaran dari selektifitas membran. Dan dirumuskan sebagai berikut :
R   =   (1   –   C p /C r )   x   100%
di mana :
R = koefisien rejeksi Cp = konsentrasi permeat Cr = konsentrasi retentat
Penentuan  koefisien  rejeksi  dilakukan dengan  menggunakan  larutan  dekstran  BM 100-200  kDa.  Dekstran  dibuat  dengan konsentrasi  1000  ppm  yang  kemudian dimasukkan  ke  dalam  sel  ultrafiltrasi  untuk diukur  fluks  masing-masing  larutan  pada tekanan  dan  perlakuan  yang  sama  dengan  uji fluks  air.  Uji  ini  dilakukan  untuk  setiap membran  selulosa  asetat  selama  1  jam. Penentuan  konsentrasi  dekstran  permeat  (Cp) dan  retentat  (Cr)  diukur  dengan  metode spektrofotometri,  dimana  1  mL  larutan dekstran  bagian  permeat  maupun  retentat ditambah  fenol  5  %  dan  H 2 SO 4 pekat  dengan perbandingan volume larutan dekstran: fenol 5 %:  H 2 SO 4 pekat  adalah  1:1:5  dan  setelah  itu diencerkan  hingga  25  mL  yang  menghasilkan warna kuning ke orange-an.
Analisis  FTIR  dilakukan  di  laboratorium kimia fakultas Farmasi Universitas Jember.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengaruh  komposisi  pelarut  aseton  dan  asam format terhadap densitas.
Gambar  1.  Pengaruh  variasi  komposisi  pelarut aseton  dan  asam  format  terhadap densitas membran selulosa asetat.
Hasil  nilai  densitas  (Gambar  1)  cenderung naik  ketika  komposisinya  5/10  dan  6/9  dan menurun ketika komposisinya 7/8, 8/7 dan 6/9. Hal  ini  dapat  terjadi  di  indikasikan  akibat proses  distribusi  atau  kompetisi  pelarut  aseton dan asam format ketika membuat larutan dope yang mempengaruhi hasil pori yang dihasilkan. Nilai densitas tertinggi dari membran diperoleh ketika  komposisi  aseton/asam  6/9  mol  sebesar 0.40  g/cm 3 dan  hasil  densitas  terendah diperoleh ketika komposisinya 9/6 mol sebesar 0.23 g/cm 3 . Hasil nilai
densitas setiap variasi menghasilkan nilai yang berbeda-beda. Hal ini dimungkinkan  terjadi  karena  ketika  membran dimasukkan  ke  dalam  bak  koagulasi  terjadi proses  solidifikasi,  membran  masih  berbentuk cair  bergerak  mengisi  pori  atau  berkas  kosong yang  diakibatkan  adanya  difusi  antara  pelarut dan  aditif  ke  dalam  air.  Mekanisme pembentukan pori membran terjadi karena ada interaksi  antara  aditif,  pelarut,  polimer  dan  air pada bak koagulasi. Interaksi yang terjadi pada selulosa  asetat  dengan  asam  format  adalah interaksi  hydrogen,  sedangkan  untuk  interaksi antara CA dengan aseton hanya interaksi dipol dipol.
Interaksi  hidrogen  lebih  kuat  daripada interaksi dipol dipol. Karena interaksi hidrogen lebih  kuat  dari  pada  interaksi  dipol  dipol.  Hal ini  memungkinkan  yang  terdifusi  lebih  dahulu dengan  air  adalah  aseton,  selanjutnya  asam format.  Dengan  demikian  kedua  variasi  kedua pelarut sangat berpengaruh
terhadap pembentukan pori yang dihasilkan.
Pembentukan top layer membran
kemungkinan  ditentukan  karena  sebagian aseton  yang  ada  di  permukaan  atas  membran berdifusi  cepat  dengan  air  terlebih  dahulu sehingga porinya kecil ketika komposisi aseton meningkat  dan  asam  formatnya  menurun, misalnya  saja  pada  komposisi  9/6  mol  pori yang  dihasilkan  rapat  dan  jumlahnya  banyak sedangkan  pada  komposisi  6/9  mol  ketika komposisi  asam  formatnya  lebih  banyak dibanding  aseton top  layer membran  yang dihasilkan  lebih  besar  akan  tetapi  kerapatan antar  porinya  besar  hal  ini  lah  yang  membuat nilai densitas yang dihasilkan tinggi dibandingkan komposisi 9/6 mol.
Pengaruh pengaruh komposisi pelarut aseton dan  asam  format  terhadap  fluks  air  dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2.  Hubungan antara variasi komposisi pelarut dengan fluks membran selulosa asetat.
Komposisi  aseton  dan  asam  format  6/9 memiliki  nilai  fluks  yang  paling  rendah  yaitu 4.26L/m 2 jam  dan  komposisi  aseton  dan  asam format  9/6  mol  menghasilkan  nilia  fluks tertinggi 6.75 L/m 2 jam.
Pengaruh  variasi  komposisi  pelarut  aseton dan asam format terhadap koefisien permeabilitas  dapat  dilihat  pada  Gambar  3. Sebanding  dengan  nilai  fluks  yang  dihasilkan, nilai  koefisien  permeabilitas  membran  yang paling  besar  yaitu  pada  membran  dengan komposisi  aseton/asam  format  9/6  mol  dan komposisi  aseton/asam  format  6/9  mol memiliki nilai permabilitas terendah. Pengaruh  variasi  komposisi  pelarut  aseton dan  asam  fromat  terhadap  koefisien  rejeksi dapat  dilihat  pada  Gambar  4.  Data  hasil penelitian  Rejeksi  membran  terhadap  dekstran 100-200  kDa  pada  Gambar  4,  menunjukkan bahwa  variasi  komposisi  pelarut  (aseton  dan asam  format)  mempengaruhi  nilai  koefisien rejeksi suatu membran.
14 Pengaruh Variasi Komposisi Pelarut … ( Indarti, dkk)
Gambar 3.  Hubungan antara variasi komposisi pelarut dengan koefisien permeabilitas  membran  selulosa asetat
Gambar 4. Hubungan antara komposisi pelarut dengan  koefisien  rejeksi  membran selulosa asetat terhadap dekstran
Gambar  5.  Spektrum  FT-IR  (a)  selulosa  asetat standart,  (b)  komposisi  6/9  mol,  (c) komposisi 7/8 mol
Gambar  4  adalah  grafik  pengaruh  variasi komposisi  pelarut  terhadap  nilai  rejeksi membran  memberikan  hasil  rejeksi  membran terhadap dekstran cenderung naik turun dengan semakin  meningkatnya  komposisi  aseton  dan menurunnya  asam  format.  Rejeksi  membran terhadap  dekstran  100-200  kDa  cenderung mengalami kenaikan pada komposisi aseton/asam  format  :  5/10  ;  6/9  ;  kemudian penurunan pada komposisi 7/8; 8/7 mol, tetapi mengalami peningkatan kembali pada komposisi  9/6  mol.    Nilai  rejeksi  tertinggi diperoleh ketika komposisi 9/6 mol.
Gambar 5 menunjukkan hasil spektra FTIR membran  selulosa  asetat  dengan  penambahan MSG  (monosodium  Glutamate)  6  %  dengan komposisi aseton dan asam format 6/9 dan 7/8 mol. Gambar (a) menunjukkan sifat kimia dari polimer selulosa asetat. Apabila spekrtum hasil penelitian  gambar  (b)  dan  (c)  dibandingkan dengan spektra selulosa asetat standart gambar (a), tidak memiliki perbedaan yang jauh, tidak ada  perbedaan  puncak-puncak  serapan  pada spektrum  IR  hal  ini  mengindikasikan  bahwa membran  selulosa  asetat  yang  dihasilkan hampir  mendekati  murni  artinya  tidak  ada pelarut  maupun  aditif  yang  terjebak.  Pelarut dan  zat  aditif  yang  ditambahkan  pada  larutan dope larut semua ke dalam air.

## KESIMPULAN
Harga  maksimum  densitas  membran  selulosa asetat diperoleh ketika komposisi 6/9 dan harga densitas  yang  terendah  pada  9/6  mol.  Harga maksimum  fluks  diperoleh  ketika  komposisi 9/6  mol  dan  harga  terendah  dipeorleh  ketika komposisinya  6/9  mol.  Hal  serupa  juga  terjadi pada  nilai  permeabilitas.  Membran  komposisi 9/6  mol  memiliki  MWCO  di  bawah  100  kDa, sedangkan  yang  lain  di  atas  100kDa. Karakteristik  struktur  membran  selulosa  asetat berdasarkan  data  spektrum  IR  menunjukkan adanya  gugus,  C=O  ester,  C-O  ester  dan  C-O alkohol.  Spektrum  tersebut  menandakan  tidak ada  aseton  ,  asam  format  maupun  MSG  yang terjebak.

## DAFTAR PUSTAKA
Bhongsuwan,  D,  T.  Bhongsuwan  and  J.  NaSuwan. 2008. Preparation of Cellulose Acetate
Membranes  for  Ultra-  Nano-  Filtrations .
Kasetsart J. (Nat. Sci.) 42(5): 311 – 317.
Brandrup,  J.,  John,  W  &  son.  1975. Handbook Polymer, Edisi ke-2 . New York
Idris,  A,  Mieow  dan  Ahmed.  2008.  The  Effect  of Monosodium Glutamate   Additive On Performance  Of  Dialysis  Membrane. J.  Sci.
Technol. 3( 2): 172 – 179 Mulder,  M.  1996. Basic  Principle  of  Membran Technology . 2 nd edition. Dordrecht: Kluwer Academic Publisher. Piluharto,  B.  2001.  “Studi  Awal  Penggunaan  Nata de  Coco  Sebagai  Membran  Ultrafiltrasi.”  Tidak Dipublikasikan.  Tesis  Program  Pasca  Sarjana Institut Teknologi Bandung ITB.
Wenten,  I.G.  2000. Teknologi  Membran  Industrial . Bandung: Penerbit ITB.