Karakteristik Membran Komposit Polietersulfon, Polivinilpirolidon dan Kitosan
Muhammad Fadli 1 , Al Khausar 2 , Sofyana 3 , Ummi Fathanah 4
1,2,3,4 Program Studi Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala, Banda Aceh * Koresponden email : sofyana71@unsyiah.ac.id
Diterima: 26 Agustus 2021 Disetujui: 8 Oktober 2021

## Abstract
Polyethersulfone (PES) is a membrane forming material that has many advantages but is hydrophobic, so it is necessary to add other materials, such as composite PES with Polyvinylpyrrolidone (PVP) and chitosan. The addition of PVP aims to change the nature of the PES membrane to be hydrophilic and the addition of chitosan aims to improve the mechanical properties of the polymer. The purpose of this study was to study the effect of adding PVP and chitosan to the characteristics of PES membranes. The membranes were made using a phase inversion technique by immersion precipitation with a concentration of 20% PES, 1% PVP, and chitosan were varied, namely 0% (M0 membrane), 1.5% (M1), 2% (M2), and 3% (M3). The results of the  permeability  test  showed  that  the  membranes  M0,  M1,  M2,  and  M3  are  classified  as  nanofiltration membranes with Lp values of 9.1237, 7.618, 6.9651, and 4.4077 L/m 2 .h.bar. The swelling degree value is 61,512;  103.111;  145,564;  and  158.610%  and  the  overall  porosity  value  is  22.892;  32.360;  80.726;  and 117.016%.  The  SEM  test  showed  that  the  morphology  of  the  membrane  changed  its  structure  as  the concentration of chitosan increased. The FTIR test on the membrane  showed that there were  absorption bands, each of which identified its functional group.
Keywords: Membrane, Composite, Polyethersulfone (PES), Polyvinylpyrrolidone (PVP), Chitosan, Phase inversion

## Abstrak
Polietersulfon (PES)  merupakan  material  pembentuk  membran  yang  memiliki  banyak  kelebihan  namun bersifat hidrofobik, sehingga perlu dilakukan penambahan bahan lainnya, seperti mengkompositkan PES dengan Polivinilpirolidon (PVP) serta kitosan. Penambahan PVP bertujuan untuk merubah sifat membran PES  menjadi  hidrofilik  dan  penambahan  kitosan  bertujuan  untuk  meningkatkan  sifat  mekanis  polimer. Tujuan  penelitian  ini  untuk  mempelajari  pengaruh  penambahan  PVP  dan  kitosan  terhadap  karakteristik membran PES. Membran dibuat dengan teknik inversi fasa secara presipitasi immerse dengan konsentrasi PES 20%, PVP 1%, dan kitosan divariasikan yaitu 0% (Membran M0), 1,5% (M1), 2% (M2), dan 3% (M3). Hasil  uji  permeabilitas  menunjukkkan  bahwa  membran  M0,  M1,  M2,  dan  M3  tergolong  membran nanofiltrasi dengan nilai Lp sebesar 9,1237; 7,618; 6,9651; dan 4,4077 L/m 2 .h.bar. Nilai swelling degree sebesar  61,512;  103,111;  145,564;  dan  158,610%  serta  nilai  overall  porosity  sebesar  22,892;  32,360; 80,726; dan 117,016%. Uji SEM menunjukkkan bahwa morfologi membran mengalami perubahan struktur seiring  bertambahnya  konsentrasi  kitosan.  Uji  FTIR  pada  membran  menunjukkan  terdapat  pita  serapan yang masing-masing mengidentifikasikan gugus fungsinya.
Kata Kunci: Membran, Komposit, Polietersulfon (PES), Polivinilpirolidon (PVP), Kitosan.

## 1. Pendahuluan
Kemajuan teknologi membran sebagai unit pengolahan limbah saat ini berkembang pesat dan sering dimanfaatkan dalam proses pemisahan. Operasi membran dapat diartikan sebagai proses mengisolasi dua atau lebih komponen dari fluida yang bergerak melalui membran. Membran berperan sebagai penghalang tipis yang sangat selektif diantara dua fasa, yaitu hanya dapat melewati komponen-komponen tertentu dan menahan  komponen  lainnya  dari  aliran  fluida  yang  dilewatkan  [1].  Pemisahan  menggunakan  teknologi membran mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan jenis-jenis pemisahan lainnya sehingga teknologi  ini  berkembang  pesat.  Kelebihan  dari  teknologi  membran  antara  lain  adalah  pemisahan  dapat berlangsung  secara  kontinyu,  energi  yang  dibutuhkan  rendah,  dapat  dikombinasikan  dengan  proses pemisahan  lainnya,  sifat  dan  variabel  membran  dapat  disesuaikan,  tidak  membutuhkan  zat  additif  yang banyak,  hemat  energi  dan  bersih,  dapat  dimanfaatkan  untuk  pemisahan  fluida  yang  peka  terhadap  suhu (misalnya fluida biologis dan organik), dan tidak menghasilkan limbah [2]. Dengan keunggulan tersebut teknologi membran digunakan dalam aplikasi yang luas, misalnya penyaringan dan desinfeksi air minum,
desalinasi air laut dan air payau, pemisahan gas, pemisahan dan pemekatan air limbah industri ( waste water treatment ), bioteknologi, dan pemisahan darah untuk penderita ginjal.
Keberhasilan  pengaplikasian  teknologi  membran  sangat  dipengaruhi  oleh  material  penyusun membran itu sendiri. Bahan utama pembuat membran umumnya terbuat dari bahan alami seperti polimer. Sebagian dari polimer yang sering digunakan sebagai bahan dasar untuk membuat membran diantaranya polyethersulfone (PES), polysulfone (PSF), polyethylene  terephtalate (PET), cellulose acetate (CA), dan polyvinylidenfluoride (PVDF). PES (Polyethersulfone) merupakan polimer yang paling umum digunakan sebagai bahan pembentuk  membran. Hal ini dikarenakan PES tahan terhadap suhu tinggi, ketahanan pH yang luas, memiliki kekuatan mekanik dan sintetik yang baik serta mudah untuk dibuat [3].
Dibalik  kelebihannya,  teknologi  membran  juga  memiliki  kekurangan, khususnya  masalah fouling . Fouling ini dapat menyebabkan pengurangan kinerja membran dalam waktu yang relatif cepat. Mengubah struktur pori dan memperluas hidrofilisitas pada permukaan membran merupakan salah satu teknik yang dapat digunakan untuk mengurangi masalah fouling tersebut. Penambahan bahan organik dan anorganik ke dalam  larutan  dope  telah  dilaporkan  sebagai  spesialis  pembentuk  pori  dan  sebagai  spesialis  untuk mengubah struktur membran [4]. Dalam hubungan ini untuk meningkatkan stabilitas kimia, mekanik dan termal serta hidrofilisitas dan permeabilitas membran, membran matriks campuran sebagai salah satu jenis membran  yang  banyak  digunakan,  dibuat  dengan  memasukkan  beberapa  bahan  tertentu  dengan karakteristik yang signifikan ke dalam struktur membran seperti titania alumina, zinc oxide , silica , zirconia , besi oksida, polivinil alkohol, polietilen glikol dan polivinilpirolidon [5].
Saat ini teknologi membran dianggap sebagai teknologi terbaik yang dapat digunakan di berbagai negara  untuk  proses  pemisahan.  Nanofiltrasi  adalah  salah  satu  bidang  yang berkembang  pesat  dan  telah menjadi salah satu kemajuan besar akhir-akhir ini, terutama dalam pengolahan limbah di berbagai industri [6]. Membran Nanofiltrasi merupakan suatu pemisahan fase cair dimana jenis membran ini menggunakan daya  dorong  yang  berada  antara reverse  osmosis (RO)  dan  ultrafiltrasi  (UF).  Dibandingkan  dengan membran  RO,  membran  nanofiltrasi  mempunyai  ukuran  pori  yang  lebih  fleksibel,  dan  memungkinkan dihasilkannya aliran yang lebih besar serta tekanan operasi yang lebih rendah. Sedangkan jika dibandingkan dengan membran UF struktur membran nanofiltrasi lebih rapat sehingga dapat menahan molekul organik kecil [7]. Nanoteknologi telah berkembang pesat dalam berbagai penelitian dan disiplin praktis. Salah satu contoh  nanoteknologi  ialah  penggunaan  nano  partikel  pada  bahan  pembentuk  membran.  Nano  partikel menarik banyak perhatian  dikarenakan dapat berfungsi sebagai agen yang menjanjikan dalam pembuatan membran matriks campuran. Memiliki dispersi yang lebih baik dalam matriks polimer (aksesibilitas yang lebih besar ke kelompok fungsional nanopartikel polimer)  serta konsumsi yang lebih rendah menjadikan nanopartikel polimer sebagai alternatif yang efektif untuk polimer makro dalam pembuatan komposit [5]. Teknologi  nanokomposit  telah  menarik  banyak  perhatian  khususnya  dibidang  pembuatan  membran dikarenakan dapat meningkatkan kemampuan kinerja membran.
Sejauh  ini  penambahan  biopolimer  ke  dalam  polimer  pembentuk  membran  telah  menarik  banyak perhatian.  Kitosan,  sebagai  biopolimer  polisakarida  dengan kandungan  fungsi  amina  dan hidroksil  yang signifikan, adalah turunan kitin yang memiliki banyak kegunaan dan dapat diterapkan. Kitosan memiliki beberapa  kelebihan  diantaranya  hidrofilisitas  tinggi,  biokompatibilitas  yang  baik,  non-toksisitas,  biaya rendah,  terbarukan,  dan  lain-lain.  Terlepas  dari  kenyataan  bahwa  kitosan  memiliki  kemampuan meningkatkan  sifat  mekanis  polimer,  gugus  amino  dan hidroksilnya  menghasilkan  kemampuan menjadi adsorben untuk berbagai pewarna, makromolekul dan logam berat. Dengan demikian, adsorpsi fisik dan kimia dapat dipicu pada kitosan. Untuk tujuan ini, banyak studi penelitian telah dilakukan untuk menilai kemampuan adsorptif membran berbasis kitosan dalam menghilangkan kontaminan dari air seperti pewarna dan ion logam [5]. Membran nanokomposit kitosan telah dibuat dalam penelitian ini dimana kitosan telah dibuat dalam bentuk nanokitosan.
Jenis membran asimetris umumnya digunakan karena memiliki kekuatan mekanik yang lebih tinggi dari pada membran simetris. Teknik inversi fasa berdasarkan proses presipitasi imersi merupakan salah satu teknik yang  paling banyak  digunakan untuk membuat  membran  asimetrik  [1].  Pada  teknik  ini  membran yang baru dicetak kemudian direndam dalam  bak koagulasi yang telah diisi  larutan non pelarut. Larutan non pelarut adalah senyawa yang memiliki tingkat afinitas yang tinggi terhadap pelarut dan rendah terhadap polimer. Presipitasi imersi terjadi karena kelarutan yang rendah antara polimer dan non-larut. Bersamaan dengan itu, kelarutan yang tinggi antara  pelarut dan non pelarut menyebabkan proses pergantian pelarut dengan non pelarut di beberapa titik sehingga mengakibatkan terjadi demixing. Pembentukan sublapisan pada  membran  asimetrik  dipengaruhi  oleh  beberapa  faktor  yang  terdapat  pada  larutan  dope  seperti komposisi, jenis aditif (organik atau anorganik) dan temperatur koagulasi [8]. Penelitian ini bertujuan untuk
mengetahui  karakteristik  membran  PES  yang  dibuat  melalui  teknik  inversi  fasa  dengan  menggunakan variable berupa variasi konsentrasi partikel nanokitosan.

## 2. Metode Penelitian Tempat dan Waktu Penelitian
Penelitian ini telah dilaksanakan selama kurang lebih satu tahun yang dimulai pada bulan Juli 2019 hingga  September  2020  di  Laboratorium  Polimer,  Instrument  dan  Lingkungan  Jurusan  Teknik  Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala.

## Alat dan Bahan
Alat-alat yang digunakan antara lain gelas beaker, gelas vial, spatula, plat kaca, timbangan digital, labu ukur 250 mL, gelas ukur 100 mL, aluminium foil , aplikator ( casting knife ), modul membran, kertas saring whittman no. 41, oven, Fourier Transform InfraRed (FTIR), Scanning Electron Microscopy (SEM). Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain polimer Polyethersulfone (PES), aditif Polyvinylpyrrolidone (PVP), pelarut Dimethyl Sulfoxide (DMSO), kitosan, dan aquades. Prosedur Penelitian
1. P roses Pembuatan Membran Asimetrik Secara Inversi Fasa
Pembuatan  membran  dilakukan  dengan  menggunakan  teknik  inversi  fasa  secara  presipitasi immerse, dengan non pelarut aquades. Pembuatan larutan cetak dilakukan dengan membuat suatu larutan homogeny campuran polimer PES ditambahkan PVP, partikel Kitosan dan pelarut DMSO. Diaduk selama 24 jam pada 400 rpm. Setelah 8 jam pengadukan, larutan disonikasi selama 15 menit untuk menghilangkan gelembung  udara  yang  terbentuk  selama  pengadukan.  Setelah  pengadukan,  membran  dicetak  diatas pencetak yang dibuat dari plat kaca. Pencetakan dilakukan menggunakan aplikator dengan ketebalan diatur setebal 150 µm. Setelah itu membran dicelupkan ke dalam bak koagulasi yang berisi larutan aquades sampai membran terlepas dari media pencetaknya yaitu plat kaca [5].
Formulasi  larutan dope yang  digunakan  untuk  membuat  membran  PES  dengan  variasi  partikel nanokitosan sesuai variabel penelitian dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1. Formulasi dope untuk membuat membran Nama Membran F ormulasi dope (% berat) PES Nanokitosan PVP DMSO M0 20 0 1 79 M1 20 1,5 1 77,5 M2 20 2 1 77 M3 20 3 1 76 Sumber : Data penelitian (2020)

## 2. Permeabilitas Membran
Nilai fluks (J) dan permeabilitas membran (Lp) dapat ditentukan dengan cara melewatkan air pada membran.  Banyaknya  volume  permeat  yang  melalui  membran  persatuan  luas  persatuan  waktu  disebut sebagai  fluks.  Proses  pengujian  fluks  membran  dilakukan  dengan  modul  nanofiltrasi  sistem dead  end . Untuk menguji fluks, membran dipotong terlebih dahulu menjadi berbentuk lingkaran sesuai dengan ukuran modul membran. Selanjutnya dimasukkan aquades dan ditutup rapat. Diberikan tekanan pada alat tersebut dengan variasi tekanan sebesar 3; 4; 5; 6 dan 7 bar dan diukur laju alir volumetriknya selama selang waktu 5 menit hingga volume konstan. Untuk menentukan fluks dan permeabilitas digunakan persamaan berikut [5]:
J   = V (A x t) (1)
Lp  = J ∆P (2) Dimana: J = Fluks (L/m 2 .jam) V = Volume permeat (L) A = Luas permukaan (m 2 ) t = Waktu (jam) Lp = Permeabilitas
∆P
= Perbedaan tekanan (bar)
3. Swelling Degree dan Overall Porosity
Swelling degree dilakukan untuk mengetahui seberapa banyak zat atau bahan yang dapat diserap oleh membran.  Dalam  penelitian  ini,  uji swelling dilakukan  terhadap  aquades.  Membran  direndam  dengan aquades selama 24 jam pada suhu kamar, kemudian didiamkan hingga gelembung udara yang berasal dari membran keluar. Hal ini dimaksudkan agar air tertahan seluruhnya ke dalam membran untuk menggantikan udara yang terperangkap di dalam pori-pori membran. Sampel yang telah direndam diangkat dan disekat dengan  kertas  saring  selama  1  jam,  kemudian  ditimbang  beratnya  dan  dicatat  sebagai  berat  basah. Selanjutnya  membran  dikeringkan  menggunakan oven pada  temperatur  50 o C  selama  24  jam  kemudian ditimbang beratnya dan dicatat sebagai berat kering. Data hasil pengukuran digunakan untuk menghitung nilai porositas dan derajat pengembangan membran atau swelling degree . Secara matematik porositas dan derajat pengembangan membran dapat diukur melalui persamaan berikut [5]:
Porositas (%) = (berat basah−berat kering) (ρ H2O x volume benda) x 100 (3) Derajat pengembangan (%) = (berat basah−berat kering) (berat kering) x 100 (4)

## 4. Uji  Morfologi Menggunakan SEM
Analisa Scanning  Electron  Microscopy (SEM)  merupakan  alat  yang  digunakan  untuk mengkarakterisasi  morfologi  dan  mengetahui  struktur  pori  sampel.  Dengan  menggunakan  SEM,  bentuk struktur pori pada penampang melintang membran dan pada dinding macrovoid dapat dilihat. Hasil analisa dengan SEM ini berupa fotopolaroid serta memiliki kemampuan untuk memfoto dengan perbesaran ukuran dari 35x hingga 10000x. Biasanya sampel yang difoto memiliki ukuran luas permukaan  yang kecil yaitu 5 mm x 5 mm dan sampel dalam kondisi kering. Apabila sampel yang ingin diuji bersifat tidak konduktif, maka  sampel  tersebut  harus  dilakukan  pelapisan  terlebih  dahulu  dengan  menggunakan  bahan  yang konduktif.
5. Uji Gugus Fungsi Menggunakan FTIR
Instrumen  yang  digunakan  untuk  menguji  gugus  fungsi  membran  adalah  FTIR spectroscopy .  Uji FTIR dilakukan untuk  menunjukkan bagaimana  serapan  gugus  fungsi  polimer  pada  sampel  berdasarkan pada grafik yang ditampilkan pada layar  komputer. Pengujian ini dilakukan pada semua varietas  sampel sehingga  diketahui  gugus  ikatan  yang  terkandung  dalam  tiap  varietas  sampel  tersebut.  Sebelum  analisa gugus fungsi dilakukan, sampel membran terlebih dahulu dikeringkan dengan menggunakan vacuum freeze dryer . Kemudian IR spektrum dari membran PES direkam pada rentang bilangan gelombang  600-2000 cm -1 .

## 3. Hasil dan Pembahasan
Membran PES+Nanokitosan yang telah dibuat diuji karakteristiknya berdasarkan beberapa variabel, diantaranya fluks dan koefisien permeabilitas membran (Lp), swelling degree dan overall porosity , stuktur morfologi membran menggunakan SEM, dan uji gugus fungsi membran menggunakan FTIR

## Fluks Air Murni dan Permeabilitas Membran
Dengan memodifikasi komposisi pembuatan membran, telah dihasilkan empat buah membran yang memiliki struktur yang berbeda-beda. Untuk melihat perbedaan struktur membran tersebut telah dilakukan karakterisasi  terhadap  membran.  Pengujian  fluks  dan  permeabilitas  merupakan  salah  satu  karakterisasi membran  yang  telah  dilakukan. Pengujian  fluks dilakukan  menggunakan umpan  aquades  untuk masing- masing  jenis  membran  yang  telah  dibuat.  Hasil  uji  fluks  keempat  jenis  membran  diperlihatkan  pada Gambar 1 .
Gambar 1. Grafik hubungan nilai fluks air murni terhadap variasi tekanan pada berbagai jenis membran nanokitosan.
Sumber: Data penelitian (2020)
Berdasarkan Gambar  1 dapat  kita  lihat  bahwa  pada  setiap  membran  yang  sama,  tekanan  yang diberikan berbanding lurus dengan nilai fluks yang didapat, artinya semakin besar tekanan yang diberikan, maka nilai fluks yang dighasilkan juga akan semakin besar. Pada tekanan 7 bar, dihasilkan fluks air murni yang lebih besar untuk tiap waktu operasi dibandingkan dengan tekanan 3; 4; 5; dan 6 bar. Pada membran M0 didapat nilai fluks air murni sebesar 71,40; 86,04; 94,76; 99,73; dan 110,18 L/m 2 .jam. Pada membran M1  didapatkan  nlai  fluks  sebesar  65,72;  75,25;  84,66;  89,46;  dan  96,71  L/m 2 .jam.  Pada  membran  M2 didapatkan nlai fluks sebesar 52,91; 62,42; 69,53; 76,04; dan 80,92 L/m 2 .jam. Sedangkan pada membran M3 didapatkan nlai  fluks  sebesar  52,32;  55,91;  63,69; 66,37;  dan  69,13 L/m 2 .jam untuk masing-masing tekanan  3;  4;  5;  6;  dan  7  bar.  Hal  ini  sesuai  dengan  daya  dorong  utama  ( driving  force )  pada  aktivitas membran. Dengan bertambahnya tekanan pada aliran umpan yang melalui membran, menyebabkan ukuran pori-pori membran melebar sehingga fluks yang dihasilkan lebih besar [9].
Penambahan berat partikel nanokitosan ke dalam membran PES menghasilkan penurunan fluks pada setiap variasi tekanan untuk semua jenis membran. Dari data tersebut dapat disimpulkan bahwa konsentrasi nanokitosan pembentuk membran sangat mempengaruhi karakter membran yang terbentuk. Semakin tinggi konsentrasi partikel nanokitosan pembentuk membran maka membran yang dihasilkan akan semakin padat sehingga  fluks  air  murni  membran  akan  semakin  kecil.  Hasil  permeabilitas  keempat  jenis  membran diperlihatkan pada Tabel 2 .
Tabel 2. Permeabelitas membran terhadap jenis membran
Membran
Pemeabilitas/Lp (L/m 2 .jam.bar) Jenis Proses Membran M0 9,1237 Nanofiltrasi M1 7,618 Nanofiltrasi M2 6,9651 Nanofiltrasi M3 4,4077 Nanofiltrasi Sumber: Data penelitian (2020)
Membran  M0,  M1,  M2  dan  M3  menunjukkan  nilai  permeabilitas  yang  berbeda-beda,  hal  ini dikarenakan perbedaan struktur pada setiap membran. Komposisi larutan dope merupakan salah satu faktor yang  mempengaruhi  pembentukan  struktur  membran.  Penambahan  partikel  nanokitosan  sebagai  aditif kedalam membran PES mempengaruhi nilai fluks dan permeabilitas membran. Membran M0 yang dibuat tanpa penambahan partikel nanokitosan memiliki nilai permeabilitas (Lp) yang paling tinggi, yaitu sebesar 9,1237  L/m 2 .h.bar.  Semakin  besar  konsentrasi  partikel  nanokitosan  dalam  membran  PES  menunjukkan nilai  Lp  yang  semakin kecil.  Berdasarkan  nilai  koefisien  permeabilitas,  membran  M0,  M1,  M2  dan  M3 tergolong  membran  nanofiltrasi,  dimana  membran  M1,  M2  dan  M3  memiliki  nilai  Lp  masing-masing sebesar  7,618;  6,9651;  dan  4,4077  L/m 2 .h.bar.  Berdasarkan  referensi,  membran  nanofiltrasi  memiliki rentang fluks 1,4-12 L/m 2 .h.bar pada rentang tekanan 5-20 bar [1].
0 20 40 60 80 100 120 0 1 2 3
4 5 6 7 8 F luks A ir M ur n i
(L /m 2. ja m ) M0 M1 M2 M3
Tekanan (bar)

## Swelling Degree dan Overall Porosity
Untuk  menentukan  banyaknya  zat  atau  bahan  yang  dapat  diserap  oleh  membran,  penting  untuk dilakukan  uji swelling .  Data  hasil  pengukuran  digunakan  untuk  menghitung  nilai  porositas  dan  derajat pengembangan  membran  atau swelling  degree .  Secara  matematik  porositas  dan  derajat  pengembangan membran dapat diukur melalui persamaan 3 dan 4.
Kecenderungan  nilai  porositas  membran  komposit  PES+Nanokitosan  dapat  dilihat  pada Tabel  3 . Porositas  lapisan  M0  memiliki  nilai  yang  paling  rendah  yaitu 22,892%.  Hal  ini  terjadi  karena  membran yang  dihasilkan  kurang  berpori  [10].  Porositas  meningkat  dengan  penambahan  konsentrasi  partikel nanokitosan.  Nilai  porositas  membran  M1,  M2,  dan  M3  masing-masing  adalah  32,360;  80,726;  dan 117,016%.
Kemampuan  pengembangan  membran  dipengaruhi  oleh  nilai  porositas.  Besar  kecilnya  kapasitas penyimpanan  air  pada  membran  dipengaruhi  oleh  banyaknya  rongga  antar  partikel  ( void  space )  atau porositas  yang  terbentuk  [11].  Membran  dapat  menyerap  air  diakibatkan  oleh  beberapa  faktor  yaitu, pertama karena adanya gaya van der waals pada permukaan dan makro pori membran, yang kedua adalah munculnya  ruang  kosong  yang  terbentuk  karena  gelembung  udara  saat  percetakan  dimana  saat  terjadi pemanasan udara keluar meninggalkan ruang kosong antar partikel, dan yang terakhir adalah karena sifat alami dari bahan itu sendiri, yaitu kitosan.
Tabel 3. Swelling degree dan overall porosity membran PES+Nanokitosan Membran Overall Porosity (%) Swelling Degree (%) M0 22,892 61,512 M1 32,360 103,111 M2 80,726 145,564 M3 117,016 158,610 Sumber: Data penelitian (2020)
Tabel 3 juga merepresentasikan nilai derajat pengembangan membran meningkat seiring dengan penambahan konsentrasi partikel nanokitosan. Peningkatan tajam persen derajat pengembangan membran pada konsentrasi nanokitosan 3% terjadi  dikarenakan persen intensitas gugus aktif kitosan yang dimiliki membran  lebih  besar,  sehingga  kemampuannya  untuk  mengikat  air  lebih  besar.  Ini  dapat  terjadi dikarenakan kitosan memiliki sifat higroskopis yaitu kemampuan untuk mengikat air [12]. Oleh sebab itu, derajat pengembangan membran juga dapat dipengaruhi oleh sifat alami dari kitosan itu sendiri.

## Stuktur Morfologi Membran Menggunakan SEM
Pada  penelitian  ini  dihasilkan  membran  asimetrik  dari  polimer  dengan  metode  inversi  fasa  yang ditunjukkan dari hasil analisa SEM. Dapat dilihat pada Gambar 2 terdapat tiga lapisan yaitu lapisan dense, intermediet ,  dan  penyangga.  Lapisan dense yaitu  lapisan  selektif  yang  berada  pada  permukaan  atas membran. Lapisan intermediet yaitu lapisan yang berada di antara lapisan dense dengan lapisan penyangga. Dan yang terakhir lapisan penyangga yaitu lapisan yang berfungsi sebagai penyangga mekanik membran. Pada penelitian ini dilakukan analisa morfologi pada membran PES tanpa penambahan kitosan (M0) dan membran PES dengan penambahan kitosan (M1, M2 dan M3).
Salah  satu  cara  yang  dapat  digunakan  untuk  menentukan  struktur  morfologi  membran  (struktur permukaan  dan  penampang  melintang)  adalah  dengan  uji  SEM  [1].  Hasil  analisa  dari  uji  SEM  berupa bentuk  perubahan  atau  morfologi  permukaan  dari  sampel  yang  dianalisis.  Kecenderungan  terjadinya perubahan energi, terjadi ketika ada perubahan pada suatu material seperti perubahan struktur permukaan. Perubahan energi ini dapat dipancarkan, dipantulkan, dan diserap serta diubah menjadi fungsi gelombang elektron yang dapat ditangkap dan dibaca hasilnya [13].
Dalam penelitian ini, dihasilkan membran asimetrik yang ditunjukkan dari hasil analisa SEM. Dapat dilihat pada Gambar 2 terdapat 3 lapisan yaitu lapisan dense, intermediet , dan penyangga. Lapisan dense adalah lapisan selektif yang berada di permukaan membran bagian atas. Lapisan intermediet adalah lapisan yang berada diantara lapisan dense dan lapisan penyangga. Terakhir, lapisan penyangga adalah lapisan yang berfungsi sebagai bantalan mekanis pada membran. Dalam penelitian ini, dilakukan analisa morfologi pada membran PES tanpa penambahan kitosan (M0) dan membran PES dengan penambahan kitosan (M1, M2 dan M3). Hasil analisa SEM struktur penampang melintang membran PES ditunjukkan pada Gambar 2 dengan perbesaran 500 kali.
(a) M0 (b) M1 (c)  M2
(d) M3
Gambar 2. Struktur penampang melintang membran (a) M0, (b) M1, (c) M2 dan (d) M3. Sumber: Data penelitian (2020)
Gambar 2 menunjukkan bahwa membran mermiliki struktur asimetrik dimana struktur pori bagian atas lebih rapat dibandingkan dengan struktur pori dibagian bawah. Perbedaan struktur morfologi membran M0 dengan membran M1, M2, dan M3 dapat dengan jelas terlihat pada Gambar 2 . Dari beberapa gambar struktur penampang melintang di atas terlihat adanya rongga berbentuk seperti jari ( finger-like macrovoid ) pada membran. Finger-like macrovoid umum terjadi pada membran asimetrik, fenomena ini terjadi karena cairan  dengan  viskositas  yang  tinggi  pada  membran  terdifusi  oleh  cairan  dengan  viskositas  yang  lebih rendah  sehingga  menyebabkan  terbentuk  rongga  berbentuk  jari  atau  biasa  disebut finger-like  macrovoid [14]. Jumlah dan panjang struktur macrovoid meningkat seiring dengan bertambahnya partikel nanokitosan pada membran PES. Struktur berbentuk spons pada bagian tengah membran juga mengecil seiring dengan penambahan  aditif  ini.  Peningkatan  ukuran  pori  tersebut  diakibatkan  karena  sebagian  aditif  keluar  dari membran pada saat proses koagulasi berlangsung [15].
Hasil SEM permukaan membran PES ditunjukkan pada Gambar 3 dengan perbesaran 20000 kali.
(c) M2
(d) M3
Gambar 3. Struktur permukaan membran (a) M0, (b) M1, (c) M2 dan (d) M3. Sumber: Data penelitian (2020)
Dari Gambar 3 terlihat distribusi pori dari keempat jenis membran tersebut. Permukaan membran M2 dan M3  terlihat  tidak  rata.  Hal  ini  diakibatkan  karena  proses  percetakan  membran  dilakukan  secara  manual, sehingga membran yang dihasilkan memiliki ketebalan permukaan yang tidak sama. Dari Gambar 3 juga dapat  terlihat  pada  membran  terdapat void atau  lubang kosong,  hal  ini  terjadi  dikarenakan  polimer  PES belum larut sempurna pada saat pembuatan larutan dope berlangsung [16].

## Gugus Fungsi Membran Menggunakan FTIR
Karakterisasi Fourier  Transform  Infra  Red (FTIR)  yang  dilakukan    bertujuan  untuk  menentukan gugus fungsi atau komponen yang terdapat pada variasi membran tanpa penambahan partikel nanokitosan (M0) dan membran dengan penambahan partikel nanokitosan 1,5% (M1), 2% (M2) dan 3% (M3). Berikut hasil analisa FTIR membran komposit PES+Nanokitosan dapat dilihat pada Gambar 4 .
Gambar 4. Hasil analisa FTIR membran M0, M1, M2 dan M3
Sumber: Data penelitian (2020)
Tabel spektrum FTIR membran dengan variasi nanokitosan dapat dilihat pada Tabel 4 .
Tabel 4. Spektrum FTIR membran M0, M1, M2, dan M3.
Gugus Fungsi Rentang Bilangan Gelombang (cm -1 ) Bilangan Gelombang (cm -1 ) M0 M1 M2 M3 C-C 1510- 1450 1471,69 1492,90 1487,12 1494,83 S-O 1200- 1100 1205,51 1147,65 1170,79 1112,93 C-O 1270- 1230 1266,16 1232,51 1236,73 1237,08 C-H 900- 670 869,90 889,18 894,97 896,90 O-H 2700- 2500 2692,63 2590,40 2655,98 2657,91 N-H 3750- 3000 - 3564,45 3680,18 3682,11 Sumber: Data penelitian (2020)
Secara  umum, Tabel  4 menunjukkan  hasil  analisa  membran  PES  tanpa  modifikasi  (M0)  dan membran PES yang dimodifikasi dengan kitosan (M1, M2, M3) memiliki struktur spectrum yang hampir
sama.  Terlihat  pada  membran  M0  terdapat  kelompok  gugus  cincin  aromatik  (C-C)  yang  muncul  pada bilangan gelombang 1471,69 , kelompok gugus sulfon (S-O) pada bilangan gelombang 1205,51 , kelompok gugus  eter  aromatik  (C-O)  pada  bilangan  gelombang  1266,16  ,  kelompok  gugus  aromatik  (C-H)  pada bilangan gelombang  869,90.  Semua  puncak bilangan gelombang  yang  muncul berkaitan  dengan  getaran atom yang berasal dari material yang mencirikan adanya PES. Terlihat pada membran M0 terdapat adanya peregangan getaran dari gugus hidroksil (O-H). Perlu diketahui bahwa polimer PES tidak memiliki ikatan O-H  dalam  strukturnya, peak yang  muncul  pada  bilangan  gelombang  2692,63  menunjukkan  adanya peregangan    O-H  dari  molekul  air  yang  disebabkan  karena  material  berpori  dapat  menahan  molekul  air yang berasal dari bak koagulasi pada saat proses percetakan membran berlangsung [17].
Selain itu dari Tabel 4 dapat diketahui bahwa pada membran M1, M2 dan M3  terdapat kelompok gugus  fungsi  hidroksil  (O-H)  yang  terdapat  pada  panjang  gelombang  2590,40:  2655,98:  2657,91  dan kelompok gugus fungdi amina (N-H) yang terdapat pada panjang gelombang 3564,45: 3680,18: 3682,11. Hal ini menunjukkan adanya keberadaan rantai kitosan dalam material membran.

## 4. Kesimpulan
Penambahan  konsentrasi  partikel  nanokitosan  mempengaruhi  karakteristik  pada  membran  yang mana nilai LP semakin kecil dengan penambahan konsentrasi  nanokitosan 0; 1,5; 2; dan 3% yaitu 9,1237; 7,618; 6,9651; dan 4,4077 L/m 2 .h.bar. Sedangkan swelling degree dan overall porosity membran meningkat seiring dengan penambahan konsentrasi partikel nanokitosan yaitu 61,512; 103,111; 145,564 dan 158,610 % dan 22,892; 32,360; 80,726; dan 117,016%. Penambahan partikel nanokitosan juga menyebabkan jumlah dan  panjang  struktur macrovoid meningkat  serta  struktur  berbentuk sponge pada  bagian  tengah  dari membran menjadi mengecil. Penambahan partikel nanokitosan juga penyebabkan lapisan atas menjadi tebal sehinga mempengaruhi nilai fluks dan rejeksi membran. keberadaan  rantai nanokitosan bisa di lihat dari analisa FTIR yang mana pada membran M1, M2 dan M3 terdapat kelompok gugus fungsi hidroksil (O-H) yang terdapat pada panjang gelombang 2590,40: 2655,98: 2657,91 dan kelompok gugus fungsi amina (N- H) yang terdapat pada panjang gelombang 3564,45: 3680,18: 3682,11.

## 5. Referensi
[1] Kurniawan, I., dan Mariadi, P.D. (2016). Review : Profil Hybrid Membrane Dalam Proses Reduksi Air Limbah. Konversi. 5(1): 1-10.
[2] Husni, D.A.P., Rahim, E.A dan Ruslan. (2018). Pembuatan Membran Selulosa Asetat Dari Selulosa Pelepah Pohon Pisang. Kovalen, 4(1): 41-52.
[3] Aryanti, P.T.P., Joscarita, S.R., Wardani, A.K., Subagjo., Ariono, D., dan Wenten, I.G. (2016). The Influence of PEG400 and Acetone on Polysulfone Membrane Morphology and Fouling Behaviour. J. Eng. Technol. Sci., 48(2): 135-149.
[4] Zahar,  M.I.IM.,  Othma,  M.H.D.,  Rahman,  M.A.,  Jaafar,  J.,  dan  Hubadillah,  S.K.  A  (2016). Morphological Study Of Nickel Oxide Hollow Fiber Membranes: Effect Of Air Gap & Sintering Temperature. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 78:12  75–81
[5] Ghaemi,  N.,  Daraei,  P.,  dan  Akhlaghi,  F.  S.  (2018).  Polyethersulfone  Nanofiltration  Membrane Embedded  by  Chitosan  Nanoparticles:  Fabrication,  Characterization  dan  Performance  in  Nitrate Removal from Water. Carbohydrate Polymers, Vol. 191, 142–151.
[6] M. Gagliardi. (2014). Global Market Sand Technologies for Nanofiltration. BCC Research.
[7] Hoshyargar,  V.,  Fadaei,  F.,  and  Ashrafizadeh,  S.N.  (2015).  Mass  transfer  simulation  of nanofiltration membranes for electrolyte solutions through generalized Maxwell-Stefan approach. Korean J. Chem. Eng., DOI: 10.1007/s11814-014-0329-3
[8] Mulyati,  S.,  Razi,  F.,  dan  Zuhra.  (2017).  Karakteristik  Membran  Asimetris  Polietersufone  (Pes) Dengan Pelarut Dimetil Formamide Dan N-Metil-2-Pyrolidone. Biopropal Industri. 8(1): 55-62.
[9] Kusumawati, N., dan Tania, S. (2012). Pembuatan dan Uji Kemampuan Membran Kitosan Sebagai Membran Ultrafiltrasi untuk Pemisahan Zat Warna Rhodamin B. Mipa Kimia Uns, 1, 43–52.
[10] Zulfi,  F.,  Dahlan,  K.,  dan  Sugita,  P.  (2012).  Adsorption  of  Waste  Cr(VI)  with  Composite Membranes (Chitosan Silica Rice Husks). Makara J. Science, 16 (3), 163-168.
[11] Akbar,  M.  A.  (2010).  Pembuatan  Membran Mikrofilter  Zeolit  Alam  dengan  Penambahan  Semen Portland Putih. Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah. Jakarta.
[12] Tanheitafino,  S., Zaharah,  T.A., dan  Destiarti,  L.  (2016).  Modifikasi  Kitosan  dengan  Kaolin  dan Aplikasinya Sebagai Adsorben Timbal (II). Jurnal Kimia Khatulistiwa, 5(2), 33-42.
[13] Mumpuni.  (2011).  Pembuatan  Membran  Komposit  Pervaporasi  Berbasis  Poliether  Sulfone Biopolimer untuk Dehidrasi Bioethanol. Thesis Teknik Kimia. Universitas Diponegoro. Semarang.
p-ISSN : 2528-3561 e-ISSN : 2541-1934
[14] Ren, J., dan Wang, R. (2011). Preparation of Polymeric Membranes: Handbook of Environmental Engineering. Membrane and Desalination Technology. Vol. 13, 47-100.
[15] Arahman,  N.,  Erika,  C.,  dan  Putra,  A.  (2013).  Pemurnian  Minyak  Kelapa  Sawit  Menggunakan Membran Serat Berongga. Agritech, 33(1), 32-37.
[16] Muliawati, E.C. (2012). Pembuatan dan Karakterisasi Membran Nanofiltrasi untuk Pengolahan Air. Thesis Teknik Kimia. Universitas Diponegoro. Semarang.
[17] Ghiggi,  F.  F.,  Pollo,  L.  D.,  Cardozo,  N.  S.  M.  dan  Tessaro,  I.  C.  (2017).  Preparation  and Characterization  of  Polyethersulfone  /  N-Phthaloyl-Chitosan  Ultrafiltration  Membrane  with Antifouling Propertty. European Polymer Journal, Elsevier, 92, 61-70.