## Pengaruh Variasi Waktu Penguapan Terhadap Kinerja Membran Selulosa Asetat
pada Proses Ultrafiltrasi
(The Effect of Evaporation Time on Cellulose Acetate Membrane Performance for Ultrafiltration Process)
Dewi Rara Amiyati, Dwi Indarti, Yeni Maulidah Muflihah Jurusan Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Jember (UNEJ) Jln. Kalimantan 37, Jember 68121
E-mail : dwi.indarti@unej.ac.id

## Abstrak
Penelitian   ini   mempelajari   pengaruh   variasi   waktu   penguapan   terhadap   kinerja   membran   selulosa   asetat.   Pada   proses ultrafiltrasi, selulosa asetat dibuat dengan menambahkan polietilen glikol (PEG) sebagai agen pembentuk pori membran dan meningkatkan nilai fluks membran. Pembuatan membran selulosa asetat dilakukan dengan metode inversi fasa. Variasi waktu penguapan yang digunakan selama 0, 1, 3, dan 5 menit. Membran selulosa asetat yang terbentuk dikarakterisasi meliputi uji porositas, fluks dan rejeksi. Hasil penelitian menunjukkan waktu penguapan selama 5 menit menghasilkan membran yang lebih rapat. Hasil pengukuran porositas, fluks dan rejeksi terhadap dekstran 500 kDa berturut-turut  sebagai berikut: 53,35%; 4,078 (L/jam.m 2 ) dan 92,917%.
Kata Kunci: Porositas, Selulosa Asetat, Waktu Penguapan.

## Abstract
The effect of evaporation time on cellulose acetate membrane performance had been studied. Cellulose acetate membrane was   prepared   by   adding   polyethylene   glycol   (PEG)   as   a   pore   forming   agent   and   improving   the   flux   of   membrane. Preparation of cellulose acetate membrane based on phase inversion method. Variation of evaporation time is 0, 1, 3, and 5 minute.  Characterization  of   cellulose   acetate   membranes   include   porosity,   flux   and  rejection.   The   result   showed  that evaporation time during 5 minutes has tightest pores. The result of measurement of porosity, flux and rejection of dextran 500 kDa were obtained as follows respectively: 53,35%; 4,078 (L/jam.m 2 ) dan 92,917%.
Keywords: Porosity, Cellulose acetate, evaporation time.

## PENDAHULUAN
Membran   ultrafiltrasi   merupakan   salah   satu   jenis membran   dengan   gaya dorong   tekanan   yang   digunakan untuk   memisahkan   makromolekul   dan   koloid   dari larutannya.   Membran   ultrafiltrasi   mempunyai   struktur asimetrik dengan lapisan atas lebih rapat (ukuran pori lebih kecil)   dan   porositas   permukaan   lebih   rendah   dibanding lapisan bawah, sehingga ketahanan hidrodinamiknya lebih tinggi. Ukuran molekul yang dapat ditahan oleh membran ultrafiltrasi berkisar antara 10 3 -10 8 Dalton [1].
Proses   pembuatan   membran   ultrafiltrasi   sering   kali menggunakan   teknik   inversi   fasa,   yaitu   suatu   proses pengubahan bentuk polimer dari fasa cair menjadi padatan dengan   kondisi   terkendali.  Membran   dapat   dibuat   dari berbagai  material seperti selulosa asetat  (CA),  polisulfon, polieter   sulfon,   dan   poliamida  [2].   Pemilihan   material membran   menjadi   penting   karena   berhubungan   dengan pemilihan   jenis   pelarut   dan   nonpelarut   yang   digunakan. Material   membran   ultrafiltrasi   yang   berkembang   saat   ini adalah membran selulosa asetat.
Pembuatan membran selulosa asetat biasanya dilakukan dengan penambahan   aditif   yang   dimaksudkan   untuk mengatur viskositas larutan polimer, memperbanyak jumlah pori yang terbentuk atau untuk merubah sifat polimer dari hidropobik   menjadi   hidrofilik.   Aditif   yang   dapat
ditambahkan ke dalam proses pembuatan membran selulosa asetat   antara   lain   polivinil   klorida,   dimetil   ftalat, monosodium   glutamat   dan   polietilen   glikol.   Penambahan polietilen glikol (PEG) sebagai aditif dapat meningkatkan laju permeasi membran [3] karena PEG berfungsi sebagai agen   pembentuk   pori   membran.   Peningkatan   konsentrasi aditif   (PEG   600)   ke   dalam   larutan casting mampu meningkatkan   fluks   dari   15,8   L/jam.m 2 menjadi   85,1 L/jam.m 2 tetapi   menurunkan   rejeksi   protein   dari   96% menjadi 77% [4]. Penambahan aditif (PEG 600) 5%  dapat menghasilkan   fluks   sebesar   234,64   L/jam.m 2 dan   rejeksi garam sebesar 81,5% [5].
Parameter   lain   yang   dapat   mempengaruhi   proses pembentukan   struktur   membran   yang   dihasilkan   adalah waktu penguapan pelarut. Waktu penguapan pelarut secara jelas   mengindikasikan   bahwa   semakin   lama   waktu penguapan   akan   mempertebal   permukaan   membran   dan menurunkan   fluks   air   tetapi   meningkatkan   selektivitas membran [6]. Pembuatan membran selulosa asetat dengan waktu penguapan 3 menit dengan komposisi 22% selulosa asetat, 15% aseton, 60% dimetil sulfoksida (DMSO), dan 3%   dimetil   ftalat   (DMP)   menghasilkan   membran ultrafiltrasi dengan nilai fluks 2,2438 L/jam.m 2 dan rejeksi terhadap dekstran 100-200 kDa sebesar 91,15% [7].
Penelitian   ini   difokuskan   pada   pembuatan   membran selulosa   asetat   dengan   pelarut   aseton   dan   DMSO   serta penambahan PEG sebanyak 5% dari total larutan polimer. Variasi  waktu penguapan  yang digunakan  0, 1, 3, dan 5 menit   kemudian   dikaji   pengaruhnya   terhadap   porositas, fluks, koefisien permeabilitas dan rejeksi terhadap deksran 500 kDa.

## METODE PENELITIAN

## Alat Penelitian
Satu  set   alat  ultrafiltrasi   modul   flat   sistem dead-end, magnetik stirer, plat kaca, selotip, lampu neon, stopwatch , kompresor, piknometer, labu ukur 25 mL, 50 mL dan 1000 mL, pipet mohr 1 mL, 5 mL dan 10 mL, pipet volume 1 mL dan 5 mL, ball pipet, gelas ukur 10 mL dan 50 mL, gelas beker   100   mL,   bak   koagulasi,   neraca   analitik,   botol semprot, gunting, spektrofotometer UV-Vis model 752. Bahan Penelitian
Selulosa asetat (BM = 30 kDa), aseton ; ρ=0,79 g/mL, dimetil   sulfoksida  (DMSO);   ρ=1,11   g/mL),   akuades, dimetil Ptalat (DMP); ρ=1.19g/mL, Polietilen glikol (PEG) 600 Da; ρ=1,12 g/mL, dekstran 500 kDa, fenol ; ρ= 1,057 g/mL, H 2 SO 4 ; ρ= 1,84 g/mL , kertas saring dan alumunium foil.

## Prosedur Penelitian Pembuatan Membran Selulosa Asetat
Membran   selulosa   asetat   dibuat   dengan   melarutkan selulosa asetat sebanyak 2,74 gram dalam 2,3 mL pelarut aseton, 6,8 mL DMSO dan 0,5 mL DMP serta ditambahkan aditif   PEG   sebanyak   0,68   mL.   Larutan   polimer   dengan magnetik stirrer   selama  4 jam   sampai   homogen.  Larutan yang   sudah   homogen   didiamkan   selama   4   jam   untuk menghilangkan gelembung udaranya. Larutan polimer yang tidak   mengandung   gelembung   udara   dicetak   di   atas   plat kaca dan dibiarkan di udara terbuka dengan variasi waktu penguapan 0, 1, 3 dan 5 menit. Film membran dicelupkan dalam bak koagulasi hingga terjadi pemadatan membran.

## Karakterisasi Membran Selulosa Asetat
Karakterisasi   membran   selulosa   asetat   meliputi   uji porositas, penentuan waktu kompaksi, fluks air, koefisien permeabilitas dan rejeksi. 1. Uji Porositas Porositas   membran   dihitung   dengan   menentukan perbandingan volume pori terhadap volume total membran berdasarkan persamaan berikut [8]:
Ρ (%)= w 1 − w 2 ρ w ⋅ V T × 100 % dimana V T = w 1 − w 2 ρ w + w 2 ρ md keterangan : w 1 = berat basah membran (g) w 2 = berat kering membran (g) ρ w = densitas air (g/cm 3 ) V T = volume membran basah (cm 3 ) ρ md = densitas membran kering (g/cm 3 )
2. Uji Fluks Air
Fluks air diperoleh dengan mengukur banyaknya volume air yang   melewati   membran   tiap   satuan   luas   permukaan membran dan satuan waktu. Sebelum uji flluks, dilakukan penentuan   waktu   kompaksi   terlebih   dahulu.   Penentuan waktu kompaksi dilakukan dengan mengalirkan air dalam alat ultrafiltrasi dengan mengamati waktu yang diperlukan tiap 1 mL permeat hingga diperoleh waktu konstan. Fluks volume dinyatakan sebagai berikut :
J v = V A ⋅ t di mana :
J V = fluks air (L/jam.m 2 ) V    = volume air (L) A    = luas permukaan (m 2 ) t     = waktu (jam)
3. Uji Koefisien Permeabilitas Koefisien   permeabilitas   membran   ditentukan   dengan mengukur fluks air dengan variasi tekanan 1; 1,5; 2; 2,5; dan 3 bar selama 1 jam. Nilai fluks untuk setiap tekanan pada   masing-masing   membran   dibuat   grafik   antara   nilai tekanan   (sumbu   X)   dengan   nilai   fluks   (sumbu   Y).   Nilai koefisien permeabilitas (L p ) ditentukan dari nilai slope yang didapatkan   pada   setiap   grafik.   Permeabilitas   ditentukan dengan persamaan [1]:
J v = L p ⋅Δ P

## 4. Uji Rejeksi
Penentuan     rejeksi   membran   dilakukan   menggunakan dekstran  500  kDa   dengan   konsentrasi  1000  ppm   sebagai larutan  umpannya.   Penentuan  rejeksi   membran  dilakukan setelah proses scanning pada panjang gelombang 400-500 nm.   Penentuan   kurva   kalibrasi   dilakukan   pada   panjang gelombang   optimum   larutan   standart   dekstran   500   kDa 1000 ppm. Larutan standart maupun sampel diambil 1 mL dan ditambahkan masing-masing 1 mL fenol 5% dan 5 mL H 2 SO 4 kemudian   diukur   absorbansinya   pada   panjang gelombang   400-550   nm.   Rejeksi   dihitung   dengan persamaan berikut [1]:
R =( 1 − C p C f )× 100 
di mana: R   = nilai koefisien rejeksi (%) C p = konsentrasi permeat (ppm)
C f = konsentrasi larutan umpan (ppm)

## HASIL DAN PEMBAHASAN

## Membran Selulosa Asetat
Membran selulosa asetat  dibuat dengan teknik inversi fasa. Waktu penguapan pelarut akan mempengaruhi proses pembentukan   struktur   membran   yang   dihasilkan.   Waktu penguapan  pelarut yang semakin lama akan mempertebal permukaan   membran   dan   memperkecil   pori   membran. Penambahan   aditif   PEG   pada   penelitian   ini   merupakan salah   satu   usaha   dalam   rangka   memperbaiki   kinerja membran. Penambahan PEG sebagai aditif pada membran dimaksudkan untuk memperbanyak pori membran sehingga dapat  meningkatkan   fluks   yang   dihasilkan.   PEG   yang
ditambahkan sebanyak 5% w/w  dari total larutan polimer. Tabel 1. Sifat fisik membran selulosa asetat
Waktu penguapan Ketebalan (mm) Warna 0 menit 0.052 Putih 1 menit 0.058 Putih 3 menit 0.068 Putih 5 menit 0.074 Putih
Membran   selulosa   asetat   yang   dihasilkan   berwarna putih   dengan   ketebalan   yang   berbeda   (Tabel   1).   Waktu penguapan   yang   semakin   lama   akan   mempertebal permukaan   membran   yang   dihasilkan.   Waktu   penguapan yang   semakin   lama   akan   mengalami   proses delayed demixing di   mana   pelarut   akan   lebih   tertahan   di   dalam membran   sehingga   proses   presipitasi   antara   pelarut   dan nonpelarut   berjalan   lambat   dan   sebagai   hasilnya   akan diperoleh membran yang semakin tebal.
Pengaruh   Waktu   Penguapan   Pelarut   Terhadap Porositas Membran
Porositas   membran   merupakan   perbandingan   antara volume pori dengan volume total membran. Nilai porositas membran   sebagai   fungsi   dari   waktu   penguapan   terhadap porositas membran dapat dilihat pada Gambar 1. Semakin lama waktu penguapan yang diberikan, maka porositasnya semakin   kecil.   Waktu   penguapan   yang   semakin   lama, dihasilkan   membran   yang   semakin   tebal.   Ketebalan membran   akan   mempengaruhi   volume   dan   densitas membran yang dihasilkan. Waktu penguapan yang semakin lama   menghasilkan   densitas   yang   semakin   besar   yang mengindikasikan membran yang dihasilkan semakin rapat sehingga kemampuan molekul air untuk masuk ke dalam membran   menjadi   kecil.   Hal   inilah   yang   menyebabkan porositasnya menjadi semakin kecil.
Gambar 1. Nilai porositas membran selulosa asetat terhadap waktu penguapan
Pengaruh   Waktu   Penguapan   Pelarut   Terhadap   Nilai Fluks
Pengukuran   kinerja   fluks   membran   dilakukan   dengan alat filtrasi dead end dengan melakukan proses kompaksi terlebih   dahulu   pada   membran   yang   akan   diuji. Proses kompaksi   dilakukan   untuk   mengkondisikan   pori-pori membran   dalam   geometri   dan   ukuran   yang   tetap   selama proses   filtrasi   dengan   tekanan   tertentu   sehingga   nilai fluksnya konstan.
Gambar 2. Nilai fluks air membran selulosa asetat Nilai   fluks   air   (Gambar   2)   menunjukkan   waktu penguapan   yang   semakin   lama,   fluks   yang   dihasilkan semakin kecil. Penurunan fluks ini  dikarenakan  porositas yang dihasilkan semakin kecil yang mengindikasikan pori membran   semakin   rapat   akibatnya   fluks   yang   dihasilkan semakin menurun.

## Pengaruh   Waktu   Penguapan   Pelarut   Terhadap Koefisien Permeabilitas
Koefisien   permeabilitas   adalah   kemampuan   suatu membran   untuk   dilewati   suatu   spesi   per   satuan   tekanan. Nilai   koefisien   diambil   dari   gradien   hubungan   fluks terhadap tekanan melalui titik (0,0). Koefisien permeabilitas membran   (Gambar   3)   yang   dihasilkan   menurun   seiring bertambahnya waktu penguapan. Penurunan ini disebabkan karena waktu penguapan pelarut yang semakin lama akan menghasilkan porositas yang semakin kecil. Porositas yang semakin kecil akan memberikan nilai fluks yang semakin rendah karena pori yang ada pada membran semakin rapat memungkinkan   molekul   air   sulit   menembus   membran. Fluks berbanding lurus dengan nilai koefisien permeabilitas yang   dihasilkan.   Oleh   karena   itu,   nilai   koefisien permeabilitas yang dihasilkan semakin rendah.
Gambar   3.   Nilai   koefisien   permeabilitas   membran selulosa asetat
Pengaruh Waktu Penguapan Pelarut Terhadap Rejeksi Dekstran
Rejeksi merupakan ukuran selektivitas membran untuk meloloskan atau menahan suatu molekul. Penentuan rejeksi membran   dilakukan   setelah   proses scanning . Scanning dilakukan pada panjang gelombang 400-550 nm dan dari scanning panjang   gelombang   tersebut   diperoleh   nilai absorbansi optimum pada panjang gelombang 492 nm
Gambar   4.   Nilai   koefisien   rejeksi   membran   selulosa asetat terhadap waktu penguapan
Koefisien rejeksi  dekstran  500 kDa (Gambar  4) yang dihasilkan   cenderung   meningkat   seiring   dengan bertambahnya   waktu   penguapan.   Peningkatan   ini disebabkan karena semakin lama waktu penguapan pelarut, porositas   yang   dihasilkan   semakin   kecil   yang mengindikasikan   pori   membran   semakin   rapat   sehingga kemampuan   molekul   dekstran   500   kDa   untuk   melewati membran menjadi lebih sulit. Akibatnya, banyak molekul dekstran   500   kDa   yang   lebih   tertahan   oleh   membran sehingga koefisien rejeksinya menjadi meningkat.
Penelitian   dengan   komposisi   yang   sama   [7]   tanpa penambahan   PEG,   hasil   kinerja   uji   fluks   dan   koefisien permeabilitas   yang   diperoleh   lebih   rendah   dari   hasil penelitian ini. Hal ini dimungkinkan karena pada penelitian ini   ada   penambahan   aditif   PEG   yang   ditujukan   untuk memperbanyak pori membran. Hasil uji kinerja rejeksinya pada   penelitian   ini   digunakan   dekstran   dengan   berat molekul 500 kDa sebagai larutan umpannya menghasilkan rejeksi sebesar 89,290% saat waktu penguapan 3 menit dan sebesar 92,917% saat waktu penguapan 5 menit, sedangkan pada penelitian sebelumnya [7] digunakan dekstran dengan berat  molekul 100-200 kDa menghasilkan rejeksi sebesar 91,15% saat waktu penguapan 3 menit dan sebesar 92,18% saat   waktu   penguapan   4   menit.   Dektran   dengan   berat molekul yang lebih tinggi semestinya mampu menghasilkan rejeksi yang lebih tinggi karena berat molekul yang tinggi akan lebih sulit untuk melewati  membran. Penurunan ini kemungkinan disebabkan karena adanya penambahan aditif PEG yang tidak hanya dapat memperbanyak pori membran tetapi juga dapat memperbesar pori membran.

## KESIMPULAN
Variasi   waktu   penguapan   mempengaruhi   porositas membran yang dihasilkan. Semakin lama waktu penguapan, porositas   yang   dihasilkan   semakin  rendah.   Nilai   fluks membran   semakin   kecil   seiring   bertambahnya   waktu penguapan   pelarut   tetapi   meningkatkan   rejeksi   membran terhadap dekstran 500 kDa.

## UCAPAN TERIMA KASIH
Ucapan   terima   kasih   disampaikan   pada  Bapak   Dr. Bambang Piluharto, S.Si., M.Si dan Bapak Drs. Zulfikar, Ph.D   yang   telah   memberikan     kritik   dan   saran   demi penyempurnaan penelitian ini.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Mulder,   M.   1996. Basic   Principles   of   Membrane Technology , 2nd ed. Dorddercht : Kluwer Academic Publishers.
[2] Wenten, I ,G. 2000. Teknologi Membran Industrial . Bandung: Penerbit ITB.
[3] Saljoughi,   E.   2010.   “Effect   of   PEG   additive   and coagulation   bath   temperature   on   the   morphology permeability   and   thermal/chemical   stability   of asymmetric   CA  membranes”, Desalination Vol 262
(1-3): 72-78.
[4] Krishnamoorthy, L. Arif, P. M. and Ahmedkhan, R. 2010. “Separation of Proteins from Aqueous Solution
Using Cellulose Acetate/Poly (Vinyl Chloride) Blend Ultrafiltration  Membrane”, J  Mater  Sci Vol 46 (2): 2914-2921.
[5] Waheed,   Ahmad,   Khan,   Gul,   Jamil,   Islam,   and Hussain.   2014.   “Synthesis,   Characterization, Permeation and Antibacterial Properties of Cellulose Acetate/Polyethylene   Glycol   Membranes   Modified with Chitosan”, Desalination Vol 351 (2): 59-69.
[6] Bhongsuwan,   D.   and   T,   Bhongsuwan.   2008. “Preparation of cellulose acetate membranes for ultra- nano-filtrations”, Kasetsart   J.   Nat.   Sci Vol 42 (2): 311-317.
[7] Kartika,   L.   2010. Pemisahan   Surfaktan   Anionik Sodium   Dodesil   Sulfat   (SDS)  dengan   menggunakan Membran   Ultrafiltrasi   Selulosa   Asetat   (CA) .  Tidak dipublikasikan. Skripsi. Jember: Universitas Jember.
[8] Velu, S. Muruganandam, L. and Arthanareeswaran, G. 2015.   “Preparation   and   Performance   Studies   on Polyethersulfone Ultrafiltration Membranes Modified with Gelatin for Treathment of Tannery and Distillery Wastewater”, Brazilian   Journal   of   Chemical Engineering Vol 32 (01): 79-189.