KAJIAN MEMBRAN KOMPOSIT NILON-ARANG MELALUI KARAKTERISASI FTIR DAN SEM
Wenny Maulina
Jurusan Fisika, FMIPA, Universitas Jember Email: wenny@unej.ac.id

## ABSTRAK
Telah  berhasil  dilakukan  sintesis  mermbran  komposit  nilon-arang  dengan  menggunakan bahan dari limbah benang nilon dan arang ampas tebu. Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran komposit nilon-arang dengan bobot benang nilon 6,0 g dan arang 0,75 g adalah yang paling baik karena larutan yang terbentuk homogen, kental, mudah dicetak, permukaan membran halus dan tidak terdapat rongga udara.  Berdasarkan  karakterisasi  FTIR  pada  membran  komposit  nilon-arang  memperlihatkan  adanya gugus  fungsi  hidrokarbon  yang  berasal  dari  arang  ampas  tebu  dan  gugus  fungsi  amida  yang  berasal dari  benang  nilon.Sehingga membran  yang  terbentuk  masih  memiliki  komponen  asli  penyusunnya. Sedangkan  dari  karakterisasi  SEM  terlihat  bahwa  morfologi  permukaan  membran  komposit  nilon- arang yang dihasilkan termasuk membran mikrofiltrasi dengan ukuran pori 4,75 μm.
Kata Kunci : Membran komposit nilon-arang, benang nilon, ampas tebu, FTIR, SEM

## PENDAHULUAN
Membran
merupakan lapisan semipermeable yang  dapat  bertindak  sebagai filter  yang  sangat  spesifik  dimana  hanya molekul-molekul  dengan  ukuran  tertentu  saja yang  dapat  melewati  membran,  sedangkan molekul  lainnya  akan  tertahan  di  permukaan membran  (Juansah  et.al.,  2012).  Berdasarkan ukuran porinya, membran dapat diklasifikasikan  sebagai  berikut:  1)  Reverse osmosis  yaitu  membran  yang  memiliki diameter pori antara 0,0001 μm – 0,001 μm; 2) Ultrafiltrasi  yaitu  membran  yang  memiliki diameter  pori  antara  0,001  μm – 0,1  μm;  3) Mikrofltrasi  yaitu  membran  yang  mempunyai diameter  pori  antara  0,1  μm – 10  μm;  dan  4) Konvensional  filtrasi  yaitu  membran  yang tergolong  penyaring  pada  umumnya  yang memiliki diameter pori antara 10 μm – 100 μm (Baker, 2004).
Perkembangan teknologi membran telah banyak digunakan baik pada kalangan
akademis  maupun  industri  karena  sederhana dan ramah lingkungan.Sintesis dan karakterisasi membran terus mengalami kemajuan  khususnya  dalam  hal  pembuatan membran  sintetik  yang  diharapkan  dapat menggantikan fungsi membran alami.Membran  sintetik  dapat  dibuat  dari
bahan  polimer  atau  material  anorganik (keramik, karbon atau logam).Membran keramik  menujukkan  kinerja  yang  lebih  baik daripada membran polimer pada aplikasi yang membutuhkan  keunggulan  sifat  fisik,  kimia dan  stabilitas  panas.Akan  tetapi,  membran keramik  sangat  mahal,  mudah  rapuh  dan  sulit untuk diproduksi. Sedangkan membran polimer harganya lebih murah, mudah dilenturkan,  dan  banyak  digunakan  dalam industri (Lai et.al., 2014).
Nilon  adalah  senyawa  polimer  yang memiliki  gugus  amida  pada  setiap  unit ulangannya,  sehingga  nilon  disebut  juga senyawa  poliamida.Membran  nilon  bersifat semikristalin  sehingga banyak  digunakan sebagai  polimer  pada  industri  tekstil  dan plastik  karena  memiliki  sifat  mekanik,  termal dan  kimia  yang  baik.  Membran  nilon  tahan terhadap  PH  tinggi,  suhu  tinggi  dan  memiliki distribusi ukuran pori yang kecil (Narang et.al., 2011; Huang et.al., 2013). Banyak  cara  yang  dilakukan  untuk meningkatkan  kinerja  membran,  salah  satunya dengan  menambahkan  arang.  Penambahan arang  dapat  meningkatkan  kemampuan  filtrasi membran,  sehingga  membran  dapat  berfungsi sebagai  penghalang  (barrier)  yang  sangat selektif di antara dua fasa.
Ampas  tebu  dapat  digunakan  sebagai bahan  baku  pembuatan  karbon  aktif  (arang) karena  merupakan  material  yang  mengandung lignoselulosa.  Lignoselulosa  merupakan  unsur yang
banyak mengandung karbon.Lignoselulosa terdiri dari lignin, selulosa  dan  hemiselulosa.  Material  yang mengandung lignin memiliki kandungan karbon  sekitar  35% - 40%,  densitas  yang rendah  sekitar  0,3  kg/m 3 - 0,4  kg/m 3 ,  dan kandungan  abu  yang  sangat  sedikit.  Zat  yang terkandung  dalam  ampas  tebu  dalam  jumlah yang  besar yaitu  selulosa  sekitar  35%,  lignin sekitar  22%  dan  hemiselulosa  sekitar  25% (Rezende et.al., 2011).
Membran  komposit  nilon-arang  adalah membran  yang  terbuat  dari  limbah  benang nilon yang didadah arang ampas tebu.Pemilihan  ampas  tebu  sebagai  sumber arang karena  komoditas  ini  merupakan  salah satu  komoditas  unggulan  di  Jember,  yaitu  di Kecamatan  Semboro.Menurut  Badan  Pusat Statistik  Jember  tahun  2008,  luas  areal budidaya  tebu  di  Kecamatan  Semboro  sekitar 491  hektar.Pada  Kecamatan  ini  juga  terdapat pabrik  gula  yang  relatif  besar  dan  mempunyai kemampuan  kapasitas  giling  70  ribu  kwintal atau 7000 TCD (Ton Cine Day) (Sholikhah & Sholahuddin, 2015).
Pemanfaatan  limbah  benang  nilon dan  ampas  tebu  sebagai  bahan  baku sintesis  membran  komposit  nilon-arang bertujuan untuk  menghasilkan  membran dengan biaya produksi yang lebih ekonomis  dan  ramah  lingkungan,  namun masih  memiliki  karakteristik  penyusun nilon-arang.

## METODE PENELITIAN
1) Sintesis Arang
Ampas  tebu  dibakar  hingga  menjadi arang.Selanjutnya  arang  disaring  sampai berukuran  125  mesh.Kemudian  arang dikeringkan dalam oven pada suhu 105 °C selama  ±  1  jam.  Pada  tahapan  ini dilakukan  proses  aktivasi  arang  dengan merendam  kedalam  larutan  NaOH  0.1  M selama  1  jam  dan  dipanaskan  pada  suhu 100  °C  selama  ±  1  jam.  Kemudian  arang dicuci dengan HCl 0.1 % dan
aquades.Selanjutnya  arang  dikeringkan pada suhu 105 °C selama ± 2 jam.
2) Sintesis membran Membran dibuat dengan
menggunakan  metode  inversi  fasa  yaitu perubahan  bentuk  polimer  dari  fasa  cair menjadi  fasa  padatan.  Langkah  pertama yang  dilakukan  yaitu  menimbang  bobot nilon dan arang dengan variasi komposisi 4,0 g; 5,0 g; 6,0 g untuk benang nilon dan 0,1  g;  0,5  g;  0,75  g  untuk  arang  ampas tebu.  Membran  komposit  nilon-arang dibuat  dengan  mencampurkan  benang nilon  dan  arang  ampas  tebu  kedalam larutan  HCl  25%  sebanyak  20  ml  dan aseton 2 ml. Selanjutnya distirer selama ± 1 jam sampai larutan homogen. Kemudian membran  dicetak  pada  plat  kaca  dan direndam  selama  10  menit  di  dalam aquades  hingga  membran  terlepas  dari plat  kaca.  Membran  yang terbentuk dikeringkan ± 12 jam.
3) Karakterisasi Membran yang telah dibuat dilakukan analisa  FTIR  untuk  menentukan  gugus fungsi  kimia  yang  terkandung  di  dalam membran komposit nilon- arang.Sedangkan
pengujian
SEM
dilakukan untuk melihat gambaran mikroskopik dari  morfologi  permukaan membran.

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## 1) Sintesis Membran Nilon-Arang
Hasil  terbaik  didapat  pada  bobot benang  nilon  6,0  g  dan  arang  0,75  g. Larutan  membran  komposit  nilon-arang yang  terbentuk  homogen  dan  kental sehingga mudah untuk dicetak, permukaan  membrannya  halus  serta  tidak terdapat  rongga  udara.  Adanya  rongga udara  di  membran  dapat  disebabkan karena  larutan  terlalu  encer  ketika dicetak.Disamping  itu,  proses stirrer sangat mempengaruhi tingkat homogenitas  larutan  membran  komposit nilon-arang  yang  dihasilkan  sehingga membran  yang  terbentuk  lebih  halus  dan transparan.
2) Karakterisasi Fourier  Transform  Infrared (FTIR) Berdasarkan spektra FTIR dari membran  nilon  dan  membran  komposit nilon-arang menunjukkan adanya kehadiran  gugus  amida  (CO-NH)  pada sampel  yang  diuji  seperti  ditunjukkan pada  Gambar  1.Hal  ini  dikarenakan material utama penyusun membran
berasal dari benang nilon yang merupakan poliamida.  Pada  kurva  membran  nilon tanpa  didadah  arang  terlihat  adanya puncak  pada  bilangan  gelombang 1637
cm -1 yang  merupakan  gugus  utama  dari amida  atau primary  amide,  yaitu  gugus NH 2 bending.
Sedangkan bilangan gelombang  3297  cm -1 ,  1637  cm -1 dan 1543  cm -1 berturut-turut  adalah  gugus ikatan  N-H stretching,  C=O stretching dan N-H bending yang ketiganya merupakan  ikatan  pada  rantai  sekunder atau second  amide.  Terdapat  juga  gugus C-Cl stretching pada bilangan gelombang 689  cm -1 dan  578  cm -1 karena  dalam proses  sintesis  membran  dengan  sistem inversi  fasa digunakan  HCl  sebagai pelarut benang nilon (Syakir, 2014).
Gambar 1. Spektra FTIR membran nilon (bobot benang nilon 6,0 g) dan membran komposit nilon-arang (bobot benang nilon 6,0 g dan arang 0,75 g)
Tabel 1. Karakteristik FTIR membran komposit nilon-arang
Gugus Fungsi Bilangan Gelombang (cm -1 ) Membran Nilon Membran Komposit Nilon- Arang Literatur N-H secondary amide (stretching) 3297 3298 3300 - 3250 O-H (stretching) 2939 3300 – 2500 C=O secondary amide (stretching) 1637 1639 1680 - 1640 C=C (stretching) 1639 1680 - 1600 -NH 2 primary amide (bending) 1637 1639 1650 - 1620 N-H secondary amide (bending) 1543 1543 1560 - 1530 C-O (stretching) 1171 1240 C-Cl (stretching) 689 578 689 578 800 - 400
*) Stuart B. 2004. Infrared Spectroscopy: Fundamentals and Applications.
(a) (b)
Gambar 2. Morfologi permukaan membran nilon (bobot benang nilon 6,0 g) (a) perbesaran 2000X, (b) perbesaran 4000X
(a) (b)
Gambar 3. Morfologi permukaan membran komposit nilon-arang (bobot benang nilon 6,0 g dan arang ampas tebu 0,75 g)  (a) perbesaran 2000X, (b) perbesaran 4000X
Hasil  karakterisasi  FTIR  menunjukkan bahwa  membran  komposit  nilon-arang  yang dihasilkan masih memiliki karakteristik penyusun  nilon  dan  arang.  Spektra  FTIR menunjukkan  bahwa  terdapat  gugus  amida (CO-NH) dan gugus hidrokarbon pada sampel yang  diuji,  yaitu  gugus primary  amide NH 2 bending pada  bilangan  gelombang  1639 cm -1 ,  gugus second  amide N-H stretching, C=O stretching dan  N-H bending berturut- turut  pada  bilangan  gelombang  3298  cm -1 , 1639  cm -1 dan  1543  cm -1 .  Pada  Tabel  1  dapat terlihat bahwa tidak ada perbedaan yang begitu besar  dari  spektra  FTIR  yang  terbentuk  antara membran  nilon dan membran  nilon  yang didadah arang ampas tebu. Saat arang didadah ke  membran  nilon  terjadi  tumpang  tindih antara  gugus  fungsi  penyusun benang  nilon dengan  arang  ampas  tebu, seperti gugus  C=C stretching yang berada pada bilangan gelombang  1639  cm -1 saling  tumpang  tindih dengan  gugus  NH 2 bending yang  merupakan gugus  utama  komponen  penyusun  nilon. Keberadaan  gugus  karboksil  pada  spektra FTIR diantaranya  gugus  O-H stretching terlihat  pada  bilangan  gelombang  2939  cm - 1 .Sedangkan gugus C-O stretching berada pada bilangan  gelombang  1171  cm -1 .Hal  ini menunjukkan bahwa masih terdapat kompenen
penyusun  arang  pada  membran  komposit nilon-arang yang dibuat.
Karakterisasi Scanning  Electron  Microscopy (SEM)
Pengujian
SEM dilakukan untuk
mengetahui ukuran diameter pori dan mengamati struktur permukaan membran nilon dengan  atau  tanpa  didadah  arang  (Gambar  2 dan  Gambar  3).  Berdasarkan  analisa SEM terhadap  membran  nilon  dengan  atau  tanpa didadah arang menunjukkan perubahan morfologi  permukaan  membran  yang  terlihat dari  lubang  pori  yang  dihasilkan.  Adanya penambahan  arang  ke  dalam  membran  nilon menyebabkanukuran  pori yang  dihasilkan lebih  besardibandingkan  dengan  membran nilon  tanpa  didadah  arang,  susunan  pori  yang terbentuk  lebih  rapih  dan  rapat. Berdasarkan hasil  yang  diperoleh  terlihat  bahwa  membran komposit nilon-arang yang dihasilkan memiliki ukuran pori 4,75 μm. Oleh karena itu, membran  yang  dihasilkan  dapat  dikategorikan membran mikrofiltrasi.

## KESIMPULAN
Membran komposit  nilon-arang  dengan bobot benang nilon 6,0 g dan arang ampas tebu
0,75  g  menunjukkan  hasil  yang  paling  baik karena  larutan  yang  terbentuk homogen, kental,  mudah  dicetak,  permukaan  membran halus  dan  tidak  terdapat  rongga  udara.
Membran komposit
nilon-arang memperlihatkan adanya gugus fungsi hidrokarbon  yang  berasal  dari  arang  ampas tebu dan gugus fungsi amida yang berasal dari benang nilon berdasarkan pengujian FTIR.Sehingga  membran  yang  terbentuk masih  memiliki  komponen  asli  penyusunnya. Morfologi  permukaan  membran  komposit nilon-arang  yang  dihasilkan memiliki ukuran pori 4,75 μm.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima  kasih kepada Program  Penelitian  Skim  Pembinaan  Tahun Anggaran 2015, sumberdana DIPA Universitas Jember.

## Daftar Pustaka
Baker,  RW. (2004).  Membrane  Technology
and
Applications. California:
Membrane  Technology  and  Research,
Inc.
Juansah  J,  Cheriastiyana  N,  Dahlan  K,
Irmansyah.(2012). Sifat Listrik Membran  Selulosa  Asetat - Titanium Dioksida.Jurnal Biofisika 1(8): 9 – 15.
Lai  CY,  Groth  A,  Gray  S,  Duke  M. (2014).
Nanocomposites for Improved Physical  Durability  of  Porous  PVDF Membranes.Membranes 4: 55 – 78.
Huang  L,  Bui  NN,  Meyering  MT,  Hamlin TJ,
McCutcheon JR. (2013). Novel Hydrophilic  Nylon  6,6  Microfiltration Membrane Supported Thin Film Composite Membranes for Engineered Osmosis. Journal of Membrane
Science 437: 141 – 149.
Narang  J,  Chauhan  N,  Singh  A,  Pundir  CS. (2011). A  Nylon  Membrane  Based
Amperometric Biosensor
for
Polyphenol  Determination. Journal  of Molecular  Catalysis  B:  Enzymatic 72: 276 – 281.
Rezende CA, Lima MA, Maziero P, DeAzevedo ER, Garcia W, Polikarpov I.(2011). Chemical and Morphological Characterization of Sugarcane Bagasse Submitted to a Delignification Process for  Enhanced  Enzymatic  Digestibility. Biotechnology  for  Biofuels 4(54):  1 – 18.
Sholikhah  U,  Sholahuddin  I. (2015).IbM Kelompok  Petani  Tebu  Rakyat  di Kecamatan Semboro, Kabupaten Jember. Jurnal Inovasi dan Kewirausahaan 1(4): 47 – 54.
Syakir  A. (2014). Karakterisasi  Membran Komposit  Nilon-Arang  untuk  Proses Filtrasi  Timbal [Skripsi]. Bogor: Jurusan  Fisika  Fakultas  Matematika dan  Ilmu  Pengetahuan  Alam  Institut
Pertanian Bogor.