## AKTA KIMIA
INDONESIA Akta Kimindo Vol. 6(2), 2021: 136-152
Preparasi dan Karakterisasi Membran Gabungan PSf/PEG dengan Variasi Pengisi KTZ dan KTZ Teroksidasi untuk Aplikasi pada Larutan Kristal Violet

## Nurul Widiastuti, M. Faqri Fahrozi Huzein dan Taufik Qodar Romadiansyah
Departemen Kimia, Fakultas Sains dan Analitika Data Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111
*) Penulis korespondensi : nurul_widiastuti@chem.its.ac.id

## Abstrak
Abstrak:  Membran  gabungan  polisulfon  (PSf)  dengan  aditif  polietilen  glikol  (PEG-400)  dan  variasi pengisi karbon tertemplat zeolit (KTZ) dan KTZ teroksidasi telah dipreparasi melalui metode inversi fasa  dengan  dimetilasetamida  (DMAc)  sebagai  pelarut.  Membran  dikarakterisasi  dengan  X-Ray Difraction  (XRD),  Scanning  Electron  Microscopy  (SEM),  Atomic  Force  Microscopy  (AFM), Thermogravimetric  Analysis  (TGA),  Forier  Transform  Infrared  (FTIR)  dan  contact  angle  meter. Membran  diuji  kinerjanya  dengan  filtrasi  kristal  violet.  Nilai  fluks  air  untuk  membran  PSf/PEG, PSf/PEG-KTZ dan PSf/PEG-KTZ teroksidasi masing-masing adalah 101,91 L/m 2 jam, 320,05 L/m 2 jam dan  60,64  L/m 2 jam.  Nilai  rejeksi  terhadap  kristal  violet  untuk  masing-masing  membran  adalah 98,17%, 82,90% dan 99,4% .
Kata kunci :  Kristal violet, KTZ, membran gabungan, polisulfon

## I. PENDAHULUAN
Industri  tekstil  merupakan  salah satu sektor industri yang sangat berkembang di Indonesia. Dampak negatif  dari  perkembangan  industri  ini adalah limbah zat warna banyak dihasilkan  dan  dibuang  ke  badan  air. Salah  satu  zat  warna  tekstil  yang  sering digunakan  adalah  kristal  violet.  Kristal
violet  termasuk  zat  warna  golongan trifenilmetana yang dapat digunakan untuk pewarnaan  nilon,  kapas  dan  sutra.  Zat warna  ini  mengandung  gugus  benzena sehingga bersifat stabil dan sulit diuraikan. Kristal  violet  bila  terlalu  lama  berada  di lingkungan  akan  mejadi  sumber  penyakit karena  bersifat  karsiogenik,  toksik  dan mutagenik. Oleh karena itu perlu
dilakukan  metode  yang  efektif  untuk mengurangi  kristal  violet  pada  limbah tersebut (Maria dkk., 2007).
Membran  adalah  satu  dari  beberapa metode  pemisahan  yang  berpotensi  untuk dikembangkan.  Membran  sebagai  salah satu metode pemisahan memiliki keunggulan  dalam  hal  kebutuhan  energi yang  kecil,  proses  pemisahannya  tidak dekstruktif terhadap zat-zat yang dipisahkan,  tidak  membutuhkan  tempat yang  besar,  biaya  operasional  yang  kecil, serta  proses  pemisahan  tanpa  adanya perubahan  fasa  dari  zat  yang  akan dipisahkan (Mulder, 1996).
Membran menurut materi
penyusunnnya  dapat  dibagi  menjadi membran polimer dan membran anorganik.  Membran  polimer  banyak digunakan  sebagai  membran filtrasi karena  keekonomisan  dan  kemudahan dalam  pembuatannya.  Namun  membran polimer  memiliki  nilai  fluks  dan  rejeksi yang  sedang  (Liu  dkk.,  2014).  Membran anorganik  memiliki  kinerja  pemisahan yang  sangat  baik  dengan  nilai  fluks  dan rejeksi  yang  tinggi.  Namun  membran anorganik ini bersifat rapuh, dan preparasi membran  anorganik  termasuk  sulit  dan mahal (Alventosa-deLara dkk., 2012).
Membran  gabungan  ( mixed  matrix membrane ) merupakan membran komposit  antara  material  polimer  dan anorganik,  dimana  material  anorganik
didispersikan  kedalam  matriks  polimer (Magueijo  dkk.,  2013).  Penggabungan kedua material ini dapat menutupi kelemahan  dari  membran  polimer  dan anorganik.  Membran  gabungan  memiliki nilai  fluks  dan  rejeksi  yang  tinggi. Membran  PSf/MWNT-Pdop  hasil  sintesis (Sianipar  dkk.,  2016)  memiliki  nilai  fluks air  sebesar  174,22  L/m 2 jam  dan  rejeksi terhadap  protein  BSA  sebesar  99,21%. Preparasi  membran  ini  mudah  dan  lebih ekonomis,  serta  sifatnya  yang  tidak  rapuh membuat membran gabungan lebih menguntungkan  untuk  digunakan  sebagai membran filtrasi.
Terdapat  dua  jenis  polimer  yang dapat digunakan pada membran gabungan, yaitu  polimer  hidrofilik  dan  hidrofobik. Diantara  kedua  jenis  polimer  tersebut, polimer  hidrofobik  banyak  digunakan sebagai pendukung membran filtrasi karena  mempunyai  ketahan  termal  dan kimia yang baik (Mulder, 1996).
Polisulfon  (PSf)  merupakan  jenis  polimer hidrofobik  yang  memiliki  sifat  tahan terhadap  panas  dan  oksidasi,  tidak  larut atau  rusak  oleh  asam-asam  encer  maupun alkali  serta  mudah  difabrikasi  (Leo  dkk., 2013). Kelemahan dari membran hidrofobik  adalah  kurang  disukai  air  dan mudah  terjadinya  penyumbatan  ( fouling ). Penambahan aditif hidrofilik dapat mengurangi sifat  hidrofobisitas  pada membran.
PEG  (polietilen  glikol)  merupakan
aditif yang digunakan untuk meningkatkan  sifat  hidrofilisitas  pada membran.  Membran  hidrofilik  akan  lebih memudahkan  air  untuk  masuk  dan melewati  membran  dibandingkan  dengan membran  hidrofobik.  Selain  itu  PEG berfungsi  sebagai  agen  pembentuk  pori ( pore forming ), sehingga dapat meningkatkan  fluks  tanpa  mengurangi nilai  rejeksi  secara  signifikan  (Ma  dkk., 2011).
Material anorganik yang didispersikan  pada  membran  gabungan disebut  sebagai  pengisi  ( filler ).  Jenis pengisi yang dapat digunakan yaitu TiO 2 , zeolit, graphene  oxide ,  MWNT  ( multi walled  carbon  nanotube ),  dll.  Diantara jenis  pengisi-pengisi  tersebut,  pengisi karbon  memiliki  aspek  rasio  yang  tinggi, sehingga  dapat  meningkatkan  performa membran dengan kadar penambahan yang sedikit  (Sianipar  dkk,  2016).  Selain  itu karbon  juga  memiliki  densitas  yang rendah,  ketahanan  termal  dan  kimia  yang baik,  serta  memiliki  distribusi  yang  baik pada  matriks  polimer.  Berdasarkan  hal tersebut,  pada  penelitian  ini  digunakan pengisi jenis karbon.
Karbon  tertemplat  zeolit  (KTZ) adalah  material  karbon  yang  disintesis dari  prekusor  karbon  dengan  penggunaan zeolit  sebagai  templatnya.  Penemplatan karbon  menggunakan  zeolit  bertujuan
agar  karbon  memiliki  ukuran  pori  sesuai dengan templatnya dan memiliki keteraturan  pori  yang  lebih  baik  (Alam dk.k,  2011).  KTZ  memiliki  pori  dengan ukuran  mikropori  dan  mesopori  (Sud  kk., 2004).  Ukuran  mikropori  baik  digunakan sebagai  pengisi  karena  dapat  bersifat sebagai molecular sieving , dimana molekul  yang  memiliki  ukuran  lebih  kecil dapat  melewati  pori  dan  dan  berdifusi lebih  cepat  dibandingkan  dengan  molekul yang  memiliki  ukuran  lebih  besar  (Padaki dkk., 2015).
Sifat  pengisi  karbon  yang  memiliki interaksi  lemah  dengan  polimer  akan menciptakan  sieve  in  cage    yang  bersifat tidak selektif pada membran dan menurunkan  nilai  rejeksi.  Oleh  karena  itu, modifikasi  pengisi  karbon  perlu  dilakukan dengan  penambahan  gugus  fungsi  yang dapat  meningkatkan  kompabilitas  antara karbon  dengan  polimer  tanpa  menutupi pori karbon (Sianipar dkk., 2016). Terdapat  bebrapa  metode  modifikasi karbon,  antara  lain  dengan  penambahan gugus  ICIC  (5 -isocyanato-isophthaloyl chloride )  (Qiu  dkk.,  2009),  pelapisan menggunakan polydopamine (Pdop) (Sianipar dkk., 2016), dan oksidasi dengan asam  (Yin  dkk.,  2013).  Diantara  metode- metode  tersebut,  oksidasi  karbon  dengan asam mempunyai kelebihan yaitu kemudahan proses modifikasi dan performa yang baik.

## II. METODOLOGI PENELITIAN
a. Alat dan bahan
Peralatan  yang  digunakan  dalam penelitian  ini  dibagi  berdasarkan  empat tahapan  penelitian,  di  antaranya:  (1) Sintesis zeolit, KTZ, dan KTZ teroksidasi  yang  memerlukan  neraca analitik,  reaktor  hidrotermal  ( stainless steel  autoclave ) ,  hot  plate ,  oven,  pompa vakum, seperangkat alat refluks, stainless  steel  crucible ,  dan tubular furnace ,  (2)  Preparasi  membran  yang memerlukan  plat  kaca,  motor  pengaduk, hot plate , sieve filter (mesh#400 ),  roller stainless  steel ,  dan  bak  ultrasonik,  (3)
Alat  yang  digunakan  untuk  analisis zeolit,  KTZ,  dan  KTZ  teroksidasi  yaitu XRD  Expert Pan Analytical, SEM Zeiss EVO  MA30,  SEM  SU  3500,  FTIR Thermo  Scientific  Nicolet  iS10,  dan  gas adsorpsi/desorpsi N 2 (BET) ASAP 2040, serta  analisis  membran  menggunakan atomic  force  microscopy (AFM)  SII Nano  Technology  SPA400, contact angle  meter ,  FTIR  Thermo  Scientific Nicolet  iS10,  dan  TGA  Brand-TA Instrument  TGAQ500,  (4)  Uji  filtrasi membran  yang  memerlukan  seperangkat alat dead-end cylindrical filtration stirred cell .
Sedangkan bahan-bahan yang digunakan  dalam  penelitian  ini  dibagi berdasarkan  3  tahapan  penelitian,  di antaranya:  (1)  Sintesis  zeolit,  KTZ  dan
KTZ teroksidasi yang memerlukan natrium  aluminat,  natrium  silikat,  NaOH 99%  p.a  (Sigma  Aldrich),  sukrosa  (98%, Fluka), air demineralisasi, H 2 SO 4 98% p.a (Merck),  gas  nitrogen  (N 2 ,  99,9999%), HCl  37%,  (SAP),  HF  48%,  p.a  (Sigma Aldrich), HNO 3 65% p.a (Sigma Aldrich),    (2)  Preparasi  membran  yang memerlukan  polimer  berupa  polisulfon (UDEL PSU P-1700 NT11), pelarut N,N- dimetilacide (DMAc Merck), dan akuades,  (3)  Uji  filtrasi  MMM  yang memerlukan  zat  warna  kristal  violet (Sigma Aldrich) dan akuades.

## b. Prosedur kerja
Prosedur  kerja  dalam  penelitian  ini meliputi  sintesis  zeolit-Y  dengan  metode hidrotermal. Zeolit-Y hasil sintesis dikarakterisasi  dengan  XRD  dan  dilakukan analisis adsorpsi-desorpsi N 2 (BET) sebelum  digunakan  sebagai  templat  pada sintesis  karbon  tertemplat  zeolit-Y  (KTZ). Sintesis KTZ menggunakan metode impregnasi.  KTZ  hasil  sintesis  dilakukan oksidasi menggunakan asam dengan metode  refluks.  KTZ  dan  KTZ  teroksidasi selanjutnya digunakan sebagai pengisi pada preparasi
membran gabungan menggunakan metode inversi fasa. Kemudian,  membran  dikarakterisasi  dan diuji  kinerjanya  terhadap  zat  warna  kristal violet.
Sintesis Zeolit-Y
Dalam penelitian ini zeolit-Y
disintesis  dengan  metode  hidrotermal yang didasarkan pada penelitian (Kayadoe,  2013)  dan  (Agustina,  2013). Sintesis  zeolit-Y  terbagi  menjadi  tiga tahapan,  yaitu  pembuatan seed  gel , feedstock  gel ,  dan overall  gel . Seed  gel merupakan  gel  yang  disintesis  dari alumina  dan  silika  yang  diperam  selama sehari. Feedstock  gel merupakan  gel yang  sama  dengan seed  gel, namun dengan  jumlah  lebih  besar  dan  dibuat tanpa  proses  pemeraman. Seed  gel yang dihasilkan dicampurkan ke dalam feedstock  gel membentuk overall  gel .
Dalam  hal  ini seed  gel berfungsi memancing  pertumbuhan  inti  kristal pada feedstock  gel .  Sedangkan overall gel berfungsi  untuk  membangun  kristal zeolit.
a. Seed Gel
Sebanyak 3,469 g natrium hidroksida, 1,924 g natrium aluminat dan 23,991  aqua  DM  dimasukka  ke  dalam botol  propilen  dan  diaduk  sampai homogen. Setelah itu, ke dalam campuran ditambahkan 17,518 g natrium silikat  secara  perlahan  sambil  diaduk secara perlahan sampai campuran menjadi  homogen.  Kemudian,  campuran dalam  botol  ditutup  dan  dilakukan pemeraman selama 1 hari.
b. Feedstock Gel
Sebanyak 0,1 g natrium hidroksida,  13,518  g  natrium  aluminat,
dan  157,518  g  aqua  DM  kedalam  botol propilen  dan  diaduk  sampai  homogen. Setelah itu, ke dalam campuran ditambahkan  107,212  g  natrium  silikat secara  perlahan  dan  diaduk  dengan kecepatan 600 rpm. Gel kemudian ditutup hingga dilakukan penambahan seed gel . c. Overall Gel
Seed gel hasil pemeraman ditimbang dengan berat 16,5 g dan secara perlahan  ditambahkan  kedalam feedstock gel .  Kemudian,  dilakukan  pengadukan pada overall  gel selama  20  menit  dengan kecepatan 600 rpm. Overall gel selanjutnya dipindahkan ke dalam autoklaf dan dilakukan pemeraman selama  24  jam.  Setelah  itu,  overall  gel dihidrotermal pada suhu 100 °C selama 7 jam. Setelah proses hidrotermal, zeolite-Y yang  telah  terbentuk  dicuci  dengan  air demineralisasi sampai pH di bawah 9 dan dilakukan  pengeringan  pada  suhu  110  °C selama 12 jam.

## Sintesis KTZ (Karbon Tertemplat Zeolit-Y)
Dalam  penelitian  ini,  KTZ  disintesis menggunakan  metode  impregnasi  dengan penggunaan  sukrosa  sebagai  prekusor karbon  dan  zeolit-Y  yang  telah  disintesis sebagai  templat.  Pembuatan  material  ini terdiri  dari  tiga  tahapan  metode,  yaitu impregnasi sukrosa pada zeolit-Y, kemudian karbonisasi templat, dan penghilangan  zeolit-Y  sebagai  templat
menggunakan asam (Guan dkk., 2009 dan Su dkk., 2004).
a.  Impregnasi Sebelum dilakukan proses impregnasi,  sebanyak  10  g  zeolit-Y  di- degas terlebih  dahulu  menggunakan tubular  furnace selama  4  jam  pada temperatur 200 °C dengan  kenaikan suhu 1  °C/menit.  Setelah  itu,  impregnasi dilakukan  dengan  mencampurkan  12,5  g sukrosa,  50  mL  asam  sulfat  0,35  M  dan zeolit-Y hasil degas . Setelah itu, dilakukan  pengadukan  pada  campuran selama 72 jam dengan kecepatan 250 rpm pada  suhu  kamar.  Selanjutnya,  campuran disaring.
b.  Karbonisasi templat
Campuran yang telah diperoleh dari tahap  pertama  dilakukan  karbonisasi menggunakan tubular furnace pada temperatur  800  °C  dengan  kenaikan  2 °C/menit  dalam  kondisi  dialiri  N 2 (laju alir 30 cm 3 /menit). Hasil karbonisasi pada tahap  ini  disebut  padatan  komposit zeolit/karbon.
c.  Penghilangan templat zeolit
Penghilangan  templat  zeolit  pada padatan  komposit  zeolit/karbon  hasil tahap  kedua  dilakukan  dengan  3  kali proses pencucian, yaitu menggunakan HF 5%, HCl 37% dan HF 48%.
Pencucian pertama dilakukan dengan  merendam  zeolit/karbon  kedalam HF  5%  selama  1  jam.  Setelah  dilakukan
perendaman,  pH  padatan  dinetralisasi menggunakan air demineralisasi.
Kemudian, padatan dikeringkan pada suhu 110  °C  selama  12  jam.  Pencucian selanjutnya menggunakan HCl 37% dengan  proses  refluks,  yaitu  dengan merendam  padatan  karbon  sebanyak  5  g dalam  HCl  37%  dengan  volume  30  mL dan  dilakukan  relfuks  pada  suhu  60  °C selama  1  jam.  Kemudian,  padatan  karbon hasil refluks dinetralisasi menggunakan air demineralisasi.  Pencucian  terakhir  yaitu dengan merendam karbon selama 1 jam ke dalam  larutan  HF  48%.  Kemudian, padatan  yang  telah  dicuci  dilakukan netralisasi pH menggunakan air demineralisasi  dan  dilakukan  pengeringan pada  suhu  120  °C  selama  12  jam.  Karbon hasil pencucian merupakan karbon tertemplat  zeolit-Y  (KTZ).  Selanjutnya KTZ  tersebut  dilakukan  proses  oksidasi dan  digunakan  juga  sebagai  pengisi  pada membran gabungan.

## Oksidasi KTZ
Oksidasi
KTZ dilakukan menggunakan  metode  refluks  dengan asam.  1  g  KTZ  direfluks  kedalam  10  mL campuran  H 2 SO 4 pekat  dan  HNO 3 pekat dengan perbandingan 3:1 pada suhu 80 °C selama  3  jam.  Kemudian,  padatan  hasil refluks dilakukan peyaringan dan pecucian dengan akuades sampai  pH netral.  Setelah itu,  padatan  dikeringkan  selama  24  jam pada suhu 80 °C.
Preparasi Membran
Pada penelitian ini dilakukan preprarasi  tiga  jenis  membran,  yaitu membran  PSf/PEG,  PSf/PEG-KTZ  dan PSf/PEG-KTZ teroksidasi. Membran dipreparasi  dengan  menggunakan  metode inversi  fasa.  Metode  inversi  fasa  diawali dengan  preparasi  larutan  dope  untuk masing-masing membran dengan komposisi yang sesuai pada Tabel 1.
Tabel 1. Komposisi larutan dope membran
Pada pembuatan larutan dope PSf/PEG,  polisulfon  dioven  terlebih dahulu  selama  3  jam  pada  suhu  120°C untuk  menghilangkan  kadar  air  dan pengotor. Setelah itu, sejumlah polisulfon dan  DMAc  dimasukkan  kedalam  tabung erlemeyer  tertutup  dan  diaduk  pada kecepatan  400  rpm  dengan  suhu  60°C sampai  semua  polimer  larut  sempurna. Setelah itu, PEG-400 ditambahkan kedalam  larutan  dan  diaduk  kembali selama  12  jam  untuk  memastikan  semua komponen  homogen.  Larutan  selanjutnya didiamkan selama 24 jam agar gelembung udara yang timbul saat proses pengadukan hilang.
Pembuatan  larutan dope membran PSf/PEG  dengan  pengisi  KTZ  dan  KTZ teroksidasi  dipreparasi  dengan  metode yang sama. Preparasi larutan dope diawali dengan  mencampurkan  DMAc,  pengisi, dan PEG-400 kedalam erlemeyer tertutup. Selanjutnya campuran diaduk pada
kecepatan  600  rpm  selama  12  jam  dengan suhu  60  °C.  Setelah  itu,  campuran disonikasi  dengan  frekuensi  40  kHz selama  2  jam.  Selanjutnya  polisulfon ditambahkan  kedalam  larutan  dan  diaduk kembali  pada  kecepatan  dan  suhu  yang sama  seperti  sebelumnya  selama  24  jam. Setelah  itu  larutan  disonikasi  kembali dengan  frekuensi  40  kHz  selama  2,5  jam. Larutan  tersebut  kemudian  didiamkan
selama 1 jam pada suhu ruangan.
Larutan dope yang sudah dipreparasi selanjutnya dituang diatas kaca dan dilakukan pencetakan dengan stainless steel  roller .  Setelah  itu,  larutan  dope langsung dimasukkan kedalam bak koagulasi  berisi  air  demineralisasi  selama 5  menit  hingga  membran  terangkat  dari cetakan  kaca.  Membran  yang  telah terbentuk  selanjutnya  disimpan  dalam wadah berisi akuades.

## Karakterisasi Membran
Membran hasil preparasi dikarakterisasi  menggunakan scanning electron  microscope (SEM), atomic  force microscopy (AFM), thermo  gravimetry analysis (TGA), dan sudut kontak.

## Pengukuran Kinerja Membran
a. Fluks Air Murni dan Kristal Violet
Membran Komposisi PEG- 400 (%berat) PSf (%berat) DMAc (%berat) Pengisi (%berat) PSf/PEG 18 82 - 6 PSf/PEG-KTZ 18 81,9 0,1 6 PSf/PEG-KTZ teroksidasi 18 81,9 0,1 6
Membran dipotong dengan diameter 5.5 cm berbentuk lingkaran. Analisa fluks air  murni  dan  kristal  violet  dilakukan dengan sistem dead - end cylindrical filtration  stirred  cell.  Analisa  dilakukan pada  tekanan  sebesar  2  bar  dalam  selang waktu  2  menit,  pada  setiap  membran diukur  volume  permeat  menggunakan gelas ukur. Selanjutnya, dilakukan perhitungan  fluks  air  selama  waktu pengukuran dengan menggunakan Persamaan (1).
𝐽 = 𝑉 𝐴.𝑡 (1)
dimana  J  adalah  fluks  (L/m 2 .jam),  V adalah  volume  permeat  (Liter),  A  adalah luas  permukaan  membran  (m 2 )  dan  t adalah waktu (jam) (Mulder, 1996).
b. Rejeksi
Larutan kristal violet dengan konsentrasi  50  mg/L  disiapkan  sebagai larutan  umpan  ( feed ).  Selanjutnya  larutan dilewatkan pada membran dengan bantuan alat dead-end  cylindrical  filtration  cell pada  tekanan  2  bar  dan  pengadukan konstan. Setelah itu, konsentrasi zat warna pada  permeat  hasil  filtrasi  dilakukan analisis  dengan  spektrofotometer  UV-Vis pada panjang gelombang 590 nm. Rejeksi dari kristal violet dapat dihitung menggunakan Persamaan (2).
𝑅 = (1 − ( 𝐶𝑝 𝐶𝑓 )) 𝑥100% (2)
dimana R merupakan koefisien rejeksi, Cp merupakan  konsentrasi  kristal  violet
dalam permeat dan Cf merupakan konsentrasi  kristal  violet  dalam  larutan umpan (Maharani dan Damayanti 2013).

## III. HASIL  DAN  PEMBAHASAN
Zeolit-Y,  KTZ,  dan  KTZ  Teroksidasi Hasil Sintesis
Zeolit-Y,  komposit  karbon/zeolit dan  KTZ  hasil  sintesis  dilakukan    dengan XRD. Difaktogram zeolit-Y pada Gambar 1.  (c)  dibandingkan  dengan  data  JCPDS No.  39-1380  untuk  mengkonfirmasi  fasa kristal zeolit-Y.
Pada Gambar 1. (c) terdapat puncak- puncak difraktogram pada 2θ= 6,2°, 10,1°, 11,9°,  20,3°,  23,6°,  26,9°,  30,7°,  31,3°. Puncak-puncak  tersebut  sesuai  dengan data  JCPDS,  yang  menandakan  bahwa zeolit-Y  berhasil  disintesis  (Guan  dkk., 2009).  Pada  Gambar  1.  (b)  merupakan difaktogram  komposit  karbon/zeolit.  Pada Gambar  1.  (b)  tersebut  terlihat  bahwa puncak-puncak  khas  zeolit-Y  masih  ada pada difraktogram komposit zeolit- Y/karbon yang menandakan sukrosa  telah masuk ke dalam pori zeolit-Y dan setelah proses karbonisasi, sukrosa berubah menjadi  karbon  yang  memiliki  bentuk seperti  zeolit-Y  tanpa  merubah  struktur kristal dari zeolit-Y sendiri. Pada Gambar 1  (c)  merupakan  difaktogram  KTZ,  pada gambar  tersebut  terlihat  bahwa  tidak terdapat  lagi  puncak-puncak  karakteristik zeolit.  Hal  tersebut  menandakan  bahwa
penghilangan  templat  dengan  asam  telah berhasil dilakukan (Chen dkk., 2007).
Ukuran  pori  zeolit  dan  KTZ  hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan BET,  seperti  yang  terlihat  pada  Tabel  2. Hasil yang diperoleh menunjukkan bhawa  terjadi  peningkatan  ukuran  pori dan  luas  permukaan  KTZ  dibandingkan dengan zeolit.  Hal  tersebut  menunjukkan keberadaan  sebagian  besar  mesopori terbentuk  pada  karbon  yang  dihasilkan,
yang  diakibatkan  oleh  tidak  sempurnanya pengisian  karbon  (sukrosa)  pada  pori zeolit-Y  (Guan  dkk.,  2009).    Peningkatan luas  permukaan  karbon  disebabkan  oleh pembentukan  mesopori  dan  mikropori pada karbon. Selain itu, celah antarpartikel pada karbon juga berpengaruh  terhadap  luas  permukaan, sehingga  molekul  N 2 banyak  teradsorp pada pori karbon (Kyotani dkk., 2003).
Gambar  1.  Hasil  difaktogram  (a)  KTZ,  (b)  komposit  zeolit-Y/karbon,  (c)  Zeolit-Y  dan  (d)  standar zeolite-Y berdasarkan JCPDS No. 39-1380
Tabel 1. Karakterisasi BET zeolit-Y dan KTZ hasil sintesis
Zeolit-Y KTZ Luas permukaan BET (m 2 /g) 678,48 1254,38 Volume pori total (cm 3 /g) 0,34 0,94 Mikroporositas (%) 91,43 16,15 Diameter pori rata 1,02 1,75
Gambar 2. Spektra FTIR (a) KTZ teroksidasi dan (b) KTZ
KTZ  dan  KTZ  teroksidasi  hasil sintesis dikarakterisasi menggunakan FTIR, seperti yang terlihat pada Gambar 2. Pada  spektra  FTIR  KTZ  teroksidasi terdapat  perbedaan  jika  dibandingkan spektra  FTIR  KTZ,  yaitu  muncul  puncak serapan  baru  pada  bilangan  gelombang 1715  cm -1 ,  1538  cm -1 dan  1340  cm -1 .
Puncak  serapan  pada  1715  cm -1 dan  1340 cm -1 menunjukkan  adanya  vibrasi  C=O dan  C-O  dari  gugus  asam  karboksilat. Adanya gugus asam karboksilat pada KTZ menandakan bahwa proses oksidasi berhasil  dilakukan  (Yin  dkk.,  2013). Puncak  serapan  yang  diperoleh  pada  1538 cm -1 menunjukkan terjadinya vibrasi –NO 2 aromatik (Tao dan Xiaoqin, 2008).

## Karakteristik Membran
Membran  PSf/PEG  dan  PSf/PEG- KTZ teroksidasi dikarakterisasi menggunakan  SEM,  seperti  yang  terlihat pada Gambar 3. Morfologi pemukaan atas
membran  PSf/PEG  dan  PSf/PEG-KTZ teroksidasi ditampilkan pada Gambar 3 (a) dan (c). Pada Gambar 3 (a) terlihat bahwa permukaan membran halus tanpa penambahan  pengisi,  sedangkan  pada Gambar  3  (c)  terlihat  adanya  pertikel pengisi KTZ teroksidasi yang teraglomerasi  pada  permukaan  membran. Morfologi  tampang  lintang  membran PSf/PEG  dan  PSf/PEG-KTZ  teroksidasi ditampilkan pada Gambar 3 (b) dan (d).
Pada gambar tampang lintang tersebut diketahui bahwa ketebalan lapisan selektif membran bertambah dari 1,31 μm menjadi  2,52  μm  pada  penambahan pengisi KTZ teroksidasi. Penebalan tersebut  terjadi  akibat  adanya delayed demixing yang  diakibatkan  oleh  interaksi yang  kuat  antara  pengisi  dengan  polimer (Liu dkk., 2014).
Kekasaran  membran  PSf/PEG  dan PSf/PEG-KTZ teroksidasi dianalisa
menggunakan AFM, seperti yang ditampilkan  pada  Gambar  4.  Penambahan pengisi akan menambah kekasaran membran,  karena  keberadaan  pengisi  di permukaan  membran.  Pada  Gambar  4.  (b)
terlihat adanya nodul besar yang menandakan  adanya  aglomerasi  pengisi karena  gaya  adhesi  yang  kuat  antara polimer  dengan  pengisi  (Mohamad  dkk., 2016).
Gambar 3. Hasil SEM (a) permukaan membran PSF/PEG, (b) tampang lintang membran PSf/PEG, (c) permukaan  membran  PSf/PEG-KTZ  teroksidasi  dan  (d)  tampang  lintang  membran  PSf/PEG-KTZ teroksidasi
Gambar 4. Hasil AFM (a) membran PSf/PEG dan (b) membran PSf/PEG-KTZ teroksidasi
Gambar 5. Termogram membran (a) PSf/PEG, (b) PSf/PEG-KTZ dan (c) PSf/PEG-KTZ teroksidasi
Kestabilan termal membran dianalisa menggunakan  thermogravimetric  analysis (TGA),  seperti  yang  ditunjukkan  pada Gambar 5. Termogram membran PSf/PEG dan  PSf/PEG-KTZ  terdapat  satu  tahap penurunan berat, yaitu dekomposisi polimer PSf. Pengisi KTZ dapat menigkatkan  suhu  awal  dekomposisi membran  dari  198,8°C  menjadi  200,8°C. Hal  tersebut  dikarenakan  adanya  interaksi yang  baik  antara  pengisi  KTZ  dengan polisulfon  sehingga  dapat  meningkatkan ketahanan termal membran.
Sifat  hidrofilisitas  dari  masing- masing  membran  dianalisa  menggunakan analisa sudut kontak, seperti yang ditampilkan  pada  Tabel  3.  Pada  Tabel  3 tersebut  terlihat  bahwa  pengisi  KTZ  dapat meningkatkan  sifat  hidrofilisitas  membran yang  ditunjukkan  dengan  penurunan  nilai sudut  kontak.  Hal  tersebut  dikarenakan adanya  pengisi  KTZ  mempunyai  gugus hidrofilik  seperti  gugus  fenol  yang  berada pada permukaan membran, sehingga dapat
menambah  sifat  hidrofilisitas  membran (Yin  dk..,  2013).  Sedangkan  pengisi  KTZ teroksidasi  menurunkan  sifat  hidrofilisitas membran yang ditunjukkan dengan peningkatan  nilai  sudut  kontak.  Hal tersebut  dikarenakan  adanya  halangan sterik dan interaksi elektrostatik yang besar antara  pengisi  dengan  polimer  ataupun pengisi dengan sesamanya yang menyebabkan  pengisi  berada  secara  tidak beraturan  pada  membran  pada  saat  proses inversi fasa (Qiu dkk., 2009).
Kinerja  membran  diukur  dengan pengukuran fluks dan rejeksi, seperti yang terlihat pada Tabel 4. Penambahan pengisi KTZ  pada  membran  dapat  meningkatkan nilai  fluks  air.  Hal  ini  sesuai  dengan  sifat hidrofilisitas  membran.  Selain  itu,  pori KTZ  sebesar  1,75  nm  dapat  melewatkan molekul  air  sebesar  2,9  nm  sehingga molekul  air  dapat  melewati  pori  KTZ dengan  laju  difusi  yang  lebih  besar  dan meningkatkan  nilai  fluks  air  (Liu  dkk., 2014).
Penambahan pengisi KTZ teroksidasi pada membran dapat menurunkan  nilai  fluks.  Hal  ini  sesuai dengan penurunan sifat hidrofilisitas membran.  Penambahan  pengisi  KTZ teroksidasi juga menebalkan lapisan selektif  membran.  Penebalan lapisan selektif akan mengurangi laju difusi air.
Nilai  rejeksi  pada  membran  dengan pengisi  KTZ  mengalami  penurunan  jika dibandinngkan dengan membran PSf/PEG. Hal ini diduga terdapat sieve in cage pada membran  dengan  pengisi  KTZ  yang bersifat tidak selektif sehingga menurunkan nilai rejeksi.
Penambahan pengisi
KTZ teroksidasi  dapat  meningkatkan  rejeksi. Hal  ini  dikarenakan  penebalan  lapisan selektif membran dapat meningkatkan nilai rejeksi.  Selain  itu,  gugus  karboksilat  pada pengisi  KTZ  teroksidasi  juga  dapat mengadsorp  kristal  violet,  sehingga  dapat
menigkatkan nilai rejeksi.
Adanya  perubahan  gugus  fungsi pada  membran  setalah  digunakan  untuk ultrafiltrasi  kristal  violet  ditunjukkan  pada Gambar  6.  Pada  Gambar  6  (f)  merupakan hasil spetra FTIR membran PSf/PEG. Pada spektra  tersebut  muncul  puncak  serapan pada bilangan gelombang 1584 cm -1 , 1409 cm -1 , 1290 cm -1 , 1240 cm -1 , 1150 cm-1 dan 1040 cm -1 . Puncak serapan pada 1293 cm -1 dan 1150 cm -1 merupakan vibrasi regangan asimetrik dan simetrik dari gugus O=S=O. Puncak  serapan  pada  1240  cm -1 dan  1040 cm -1 merupakan vibrasi regangan asimterik dan  simetrik  dari  gugus  C-O-C  (Ionita dkk.,  2014).  Puncak  serapan  pada  1409 cm -1 menandakan terjadinya vibrasi asimiterik  dari  –CH3  dan  puncak  serapan pada  1584  cm -1 menunjukkan  terjadinya vibrasi  C=C  aromatik  (Sianipar  dkk., 2016).
Tabel 2. Hasil analisa sudut kontak membran
Membran PSf/PEG PSf/PEG-KTZ PSf/PEG-KTZ teroksidasi Sudut Kontak 81,28° 80,86° 81,63° Tabel 3. Hasil uji fluks dan rejeksi membran terhadap kristal violet Membran Fluks Air (L/m 2 jam) Fluks Kristal Violet (L/m 2 jam) Rejeksi Kristal Violet (%) PSf/PEG 101,91 80,43 98,96 PSf/PEG-KTZ 320,05 275,83 82,91 PSF/PEG-KTZ teroksidasi 60,64 50,11 99,40
Gambar 6. Spektra IR (a) Membran PSf/PEG-KTZ teroksidasi setelah filtrasi, (b) Membran PSf/PEG- KTZ  teroksidasi  sebelum  filtrasi,  (c)  Membran  PSf/PEG-KTZ  setelah  filtrasi,  (d)  Membran  PSf- PEG/KTZ  sebelum  filtrasi,  (e)  Membran  PSf/PEG  setelah  filtrasi,  (f)  Membran  PSf/PEG  sebelum filtrasi dan (g) kristal violet
Pada  Gambar  6  (d)  merupakan spektra  FTIR  membran  PSf-PEG/KTZ sebelum proses ultrafiltrasi. Pada membran  PSF-PEG/KTZ  menunjukkan tidak  terbentuknya  puncak  serapan  baru jika  dibandingkan  dengan  spektra  FTIR membran  PSf/PEG.  Hal  tersebut  sesuai dengan  penelitian  yang  dilaporkan  oleh Ionita  dkk  (2014),  bahwa  penambahan pengisi  GO  pada  membran  PSf  tidak menimbulkan puncak serapan baru ataupun pergeseran. Hal tersebut menandakan tidak adanya interaksi antara pengisi  dengan  polimer  (Ionita  dkk., 2014).
Pada Gambar 6 (b) juga ditunjukkan spektra  FTIR  membran  PSf/PEG-KTZ teroksidasi.  Pada  spektra  tersebut  muncul puncak  baru  pada  bilangan  gelombang
1700  cm -1 jika  dibandingkan  dengan spektra  FTIR  PSf/PEG.  Puncak  serapan pada  1700  cm -1 yaitu  vibrasi  dari  C=O yang  terbentuk  dari  gugus  pengisi  KTZ teroksidasi.
Analisa  FTIR  selanjutnya  dilakukan pada membran setelah ultrafiltrasi. Gambar 6 (a), (c), dan (e) merupakan spektra FTIR membran  PSf/PEG,  PSf/PEG-KTZ  dan PSf/PEG-KTZ teroksidasi setelah digunakan pada proses filtrasi kristal violet. Pada  spektra  tersebut  ditunjukkan  bahwa terdapat  peurunan  intensitas  pada  spektra FTIR membran setelah filtrasi jika dibandingkkan dengan spektra FTIR membran  sebelum  filtrasi.  Penurunan intensitas  menandakan  kristal  violet  juga teradsorp  pada  membran  pada  saat  proses filtrasi berlangsung.

## Widiastuti, N. Akta Kimia Indonesia Vol. 6(2), 2021, 136-152

## KESIMPULAN
Membran  gabungan  dengan  variasi pengisi  KTZ  dan  KTZ  teroksidasi  telah berhasil dipreparasi. Membran diuji kinerjanya dengan uji pemisahan terhadap kristal  violet  dan  didapatkan  hasil  berupa nilai fluks dan rejeksi. Membran gabungan  PSF/PEG  dengan  pengisi  KTZ memiliki  nilai  fluks  air  tertinggi,  yaitu sebesar  320,05  L/m 2 jam.  Nilai  rejeksi tertinggi diperoleh pada membran PSF/PEG dengan pengisi KTZ teroksidasi,  yaiitu  sebesar  99,4%.  Pada penggunaan varisai pengisi pada membran gabungan ini didapatkan bahwa nilai fluks dan rejeksi saling berbanding terbalik.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada  Direktorat  Jenderal  Pendidikan Tinggi yang telah mendanai penelitian ini melalui Program Desentralisasi Penelitian DITLITABMAS,  Penelitian Unggulan ITS  tahun 2015-2016.

## DAFTAR PUSTAKA
Agustina, E., (2013), Karbon Tertemplat Zeolit-Y dengan Aktivasi ZnCl 2 Sebagai Material  Penyimpan  Hidrogen, Thesis , Institut  Teknologi  Sepuluh  Nopember Surabaya.
Alam, N., Mokaya, R., (2011),
Characterization and hydrogen storage of Pt-doped  carbons  templated  by  Ptex changed zeolite Y , Journal of Microprous  and  Mesoporous  Materials ,
142, pp. 716-724.
Alventosa-deLara, E., Barredo-Damas, S., Alcaina-Miranda, M. I., Iborra-Clar, M. I., (2012),  Ultrafiltration  technology  with  a ceramic  membrane  for  reactive  dye removal:  Optimization  of  membrane performance, Journal of Hazardous Materials , 209-210, pp. 492-500.
Chen  L.,  Singh  R.  K.,  WebleyP.,  (2007), Synthesis  characterization  and  hydrogen storage  propertiesof  38  microporous carbons  template  by  cation  exchanged forms  of  zeolite  Y  with  propylene  and butylene ascarbon precursors,
Microporous  and  Mesoporous  Materials , 102, pp. 159-170.
Guan C., Wang K., Yang C., Zhao X. S., (2009).  Characterization  of  a  zeolite- templated carbon for H2 storage application‖, Journal  of  Microporous  and Mesoporous Materials , 118, pp. 503-507.
Ionita,  M.,  Pandele,  Andreea  M.,  Crica, L.,  Pilan,  L.,  (2014),  Improving  the Thermal  and  Mechanical  Properties  of Polysulfone by Incorporation of Graphene Oxide. Composites  Part  B:  Engineering , 59, pp. 133-139.
Kayadoe,  V.,  (2013),  Sintesis  dan Karakterisasi  Karbon  Tertemplate  Zeolit NaY  dengan  Prekursor  Sukrosa  sebagai Material  Penyimpan  Hidrogen, Thesis , Institut  Teknologi  Sepuluh  Nopember Surabaya.
Kyotani,  Tkashi,  Ma,  Zhixin,  Akira,  T.,
(2003),  Template  synthesis  of  novel porous  carbons  using  various  types  of zeolites, Journal of Carbon , 41, pp. 1451- 1459.
Leo, C. P., Ahmad Kamil, N. H., Junaidi, M.  U.  M.,  Kamal,  S.  N.  M.,  Ahmad,  A. L.,  (2013),  The  potential  of  SAPO-44 zeolite  filler  in  fouling  mitigation  of polysulfone  ultrafiltration  membrane,
Separation and Purification Technology , 103, pp. 84-91.
Liu,  F.,  Ma,  B.  R.,  Zhou,  D.,  Xiang,  Y. H., Xue, L. X., (2014), Breaking through tradeoff  of  Polysulfone  ultrafiltration membranes  by  zeolite  4A, Microporous and  Mesoporous  Materials ,  186,  pp.
113-120.
Ma, Y., Shi, F., Ma, J.,  Wu, M., Zhang, J.,  Gao,  C.,  (2011),  Effect  of  PEG additive on the morphology and performance of polysulfone ultrafiltration  membranes, Desalination , 272, pp. 51-58.
Magueijo,  V.  M.,  Anderson,  L.  G., Fletcher,  A.  J.,  Shilton,  S.  J.,  (2013),
Polysulfone mixed matrix gas separation hollow  fibre  membranes  filled  with polymer  and  carbon  xerogels, Chemical Engineering Science , 92, pp. 13-20.
Maharani, R. M., Damayanti, A., (2013). Pengolahan  Limbah  Cair  Rumah  Makan Menggunakan  Membran  Nanofiltrasi Silika Aliran Cross Flow untuk Menurunkan  Fosfat  dan  Amonium,
Jurnal  Teknik  POMITS ,  2,  pp.  D.92- D.97.
Maria,  C.  P.,  Mu’nisatun  S.,  Rany,  S., Djoko,  M.,  (2007),  Studi  pendahuluan mengenai degradasi zat warna azo (metil orange)  dalam  pelarut  air  menggunakan mesin  berkas  elektron  350  keV/10mA,
Jurnal Forum Nuklir , 1, pp. 31-44.
Mohamad,  M.  B.,  Fong,  Y.  Y.,  Shariff, A.,  (2016),  Gas  Separation  of  Carbon Dioxide  from  Methane  using  Polysulfone Membrane  Incorporated  with  Zeolite-T,
Procedia Engineering , 148, pp. 621-629.
Mulder,  M.,  (1996),  Basic  Principles  of membrane  Technology  2nd  ed., Kluwer Academic Publisher : Doerdrecht.
Padaki,  M.,  Surya  Murali,  R.,  Abdullah,
M.  S.,  Misdan,  N.,  Moslehyani,  A.,
Kassim,  M.  A.,  Hilal,  N.,  Ismail,  A.  F.,
(2015), Membrane technology
enhancement  in  oil-water  separation.  A review, Desalination , 357, pp. 197-207.
Qiu, S., Wu, L., Pan, X., Zhang, L., Chen, H.,  Gao,  C.,  (2009),  Preparation  and properties of functionalized carbon nanotube/PSF blend ultrafiltration
membranes, Journal of Membrane Science , 342, pp. 165-172.
Sianipar, M., Hyun, S., Min, C., Tijing, L. D.,    Kyong,  H.,  (2016),  Journal  of Industrial  and  Engineering  Chemistry Potential and performance of a polydopamine-coated  multiwalled  carbon nanotube  /  polysulfone  nanocomposite membrane  for  ultrafiltration  application.
Journal  of  Industrial  and  Engineering Chemistry , 34, pp. 364-373.
Su,  F.,  Zhao,  X.  S.,  Lv.Lu.,  Zhou,  Z., (2004),  Synthesis  and  characterization  of microporous carbons templated by ammonium-form  zeolite  Y, Journal  of Carbon , 42, pp. 2821 – 2831.
Tao, X., Xiaoqin, L., (2008), Peanut Shell
Activated
Carbon: Characterization, Surface  Modification  and  Adsorption  of Pb 2+ from  Aqueous  Solution, Chinese
Journal  of  Chemical  Engineering ,  16, pp. 401-406.
Yin, J., Zhu, G., Deng, B., (2013). Multi-
walled
carbon nanotubes (MWNTs)/polysulfone (PSU) mixed matrix  hollow  fiber  membranes  for enhanced  water  treatment, Journal  of Membrane Science , 437, pp. 237-248.