Abstrak —Berdasarkan  penelitian  ilmuwan  dari  Jepang, Lumpur  Sidoarjo  mengandung  unsur  Lithium  yang  besar  dan dapat  dimanfaatkan  sebagai  bahan  elektroda  baterai  ion lithium. Dari berbagai macam metode ekstraksi, dipilih metode adsorpsi  dengan    membran  polimer  karena  lebih  effisien. Membran  polimer  yang  digunakan  berbahan  dasar  PP ( Polypropylene )  dengan  nama  dagang  Kimtech,  Polyester  non- woven,  dan  PVDf  ( Polyvinyllidene  difluoride )  hasil  dari  sintesa laboratorium  dengan  metode  NIPS  yang  dikombinasikan dengan fiberglass , dengan adsorben inorganik Lithium-Mangan Spinel  yang  terbungkus  di  setiap  membran.  Dari  karakterisasi membran  polimer  yang  dilakukan  diketahui  bahwa  membran PVDf  10:90  5%FG  karena  memenuhi  persyaratan  sebagai membran untuk ekstraksi lithium dari Lumpur Sidoarjo. Hasil pengujian  menunjukkan  hasil  uji  water  uptake  mencapai 61,95%  lebih  tinggi  dari  membran  PVDf  lainnya  yang didukung  dengan  hasil  SEM  menunjukkan  membran  PVDf 10:90  5%FG  ini  dimana  hasil  SEM  terlihat  banyak  pori. kemudian nilai kekuatan tariknya 139,594 N/mm 2 cukup tinggi jika  dibandingkan  dengan  nilai  kimtech  6,09385  N/mm 2 dan poliester  non-woven  5,42757  N/mm 2 .  Dan  hasil  uji  ICP  juga menunjukkan  hasil  paling  baik  yakni  3,55  ppm  (mg/L)  yang berarti  dapat  mengadsorpsi  lithium  60,68%  dari  lumpur Sidoarjo.  Dari  semua  membran,  PVDf  10:90  5%FG  yang memenuhi  persyaratan  sebagai  membran  untuk  ekstraksi Lithium.
Kata  Kunci —Membran  Polimer,    adsorpsi,  ekstraksi  Lithium, Lumpur Sidoarjo.

## I. PENDAHULUAN
EKNOLOGI  yang  semakin  berkembang  menuntut berbagai  inovasi  yang  memiliki  keunggulan  dari teknologi  sebelumnya.  Misalnya  saja  banyaknya  barang- barang portable, dimana  teknologi  baterai  dibutuhkan  agar barang-barang  yang  memanfaatkan  baterai  sebagai  sumber listrik. Dan salah satu unsur penyusun baterai adalah Lithium yang akan menjadi bahasan pada penelitian ini. Perjalanannya  sebagai  "logam  masa  depan"  dimulai  sejak tahun  90-an  ketika  perangkat  elektronik  portabel  sangat populer,  dan  baterai  menjadi  sumber  listrik  bagi  perangkat tersebut  [1].  Mengapa  Lithium?  Dewasa  ini  jumlah  Lithium yang  dikonsumsi  secara  global  terkait  untuk  baterai  telah meningkat  lebih  dari  20%  per  tahun  selama  beberapa  tahun terakhir  [2].  Lithium  dikenal  sebagai  logam  yang  paling
ringan dan telah banyak dimanfaatkan  untuk banyak produk komersial  karena  reaktivitas  elektrokimia  serta  sifat  unik lainnya. Senyawa lithium dan  mineral telah  menarik banyak perhatian  untuk  diaplikasikan  dalam  keramik,  kaca, aluminium, industri dan pelumasan farmasi [3].
Sumber  Lithium  di  alam  ada  tiga,  yakni  mineral, subsurface  Brine  d an  yang  ketiga  dan  masih  dalam  tahap penelitian  yakni geothermal  fluid yang  diduga  juga mengandung  Lithium  yang  tinggi. Kegiatan  eksplorasi mineral lithium sangat tergantung pada permintaan dan harga komoditi  mineral  di  pasar  internasional.  Berbagai  cara dilakukan  oleh  para  peneliti  agar  mendapat  Lithium  dengan kadar  yang  tinggi.  Diantaranya  dengan  cara  resin  penukar ion,  elektrokimia,  kopresipitasi  dan  adsorpsi  tetapi  beberapa diantaranya  memerlukan  biaya  yang  tinggi  dan  hasil  yang didapat juga tidak selalu sesuai dengan ekspektasi. Beberapa tahun  belakangan  mulai  dikembangkan  metode  ekstraksi lithium menggunakan adsorpsi yang memanfaatkan membran polimer dengan adsorben inorganik yang dianggap metode yang lebih mudah daripada metode lain. Penggunaan metode  tersebut  biasanya  dimanfaatkan  untuk  proses pemisahan, pemurnian,dan pemekatan baik dalam skala kecil di  laboratorium  maupun  skala  besar  di  industri.  Hal  ini dikarenakan teknologi membran lebih ekonomis dibandingkan  dengan  teknologi  konvensional.  Keunggulan secara  teknik  dari  teknologi  membran  ini  adalah  prosesnya yang  berkelanjutan  dan  sederhana,  dapat  di  kombinasikan dengan  peralatan  lain,  sifatnya  yang  non  destruktif  terhadap zat yang diekstrak atau dipisahkan.
Dari berbagai metode yang ada untuk melakukan ekstraksi lithium  maka  dalam  penelitian  ini  akan  dilaksanakan  proses ekstraksi  dengan  metode  adsorpsi  menggunakan  membran polimer  dengan  adsorben  inorganik  lithium  –mangan  spinel dengan  beberapa  keunggulan  yang  telah  disebutkan sebelumnya.  Sedangkan  sumber  Lithium  yang  akan diekstraksi berasal dari lumpur panas di Sidoarjo. Dari hasil penelitian  tahun  2010  oleh  Wataru  Tanikawa  peneliti  asal Jepang  dalam  Kandungan  Lithium  pada  Lumpur  Sidoarjo mencapai  ±  6  ppm.  Dalam  penelitian  ini  akan  di  fokuskan pada  proses  fabrikasi  dan  karakterisasi  dari  membran polimer berbahan dasar PVDF yang digunakan dalam proses ekstraksi  lithium  dengan  parameter  yang  sesuai.    Sebagai

## Karakterisasi Membran Polimer dengan Adsorben Inorganik Lithium Mangan Spinel untuk Ekstraksi Lithium dari Lumpur Sidoarjo
Sheila Pramusiwi Rozitawati dan Lukman Noerochim Jurusan Teknik Material dan Metalurgi, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopember (ITS)
Kampus ITS, Keputih, Surabaya 60111 E-mail : lukmanits@gmail.com
T
pembanding akan digunakan  membrane polimer  yang  sudah tersedia dalam pasar (dijual secara komersial) yaitu Kimtech ( melt blow propylene ) dan poliester non-woven .

## II. METODOLOGI PENELITIAN

## A. Preparasi Air Lumpur Sidoarjo
Preparasi  dengan  cara  memisahkan  antara  caian  dan endapan  yang  ada  di  lumpur  Sidoarjo  menggunakan  alat centrifuge.  Lumpur  dimasukkan  ke  dalam  tube  centrifuge kemudian  tube  di  masukkan  ke  dalam  alat  centrifuge  dan kecepatan  diatur  sebesar  2500rpm  selama  20  menit  hingga terlihat  jernih.  Dan  kemudian  airnya  dipisahkan  dengan dimasukkan ke dalam botol.

## B. Sintesis Membran PVDf
Proses  pembuatan  membran  menggunakan  NIPS (Non- solvent  Induced  Phase  Separation) dengan  metode immersion  precipitation . Polyvinylidenedifluoride (PVDf) dilarutkan  dalam  solvent  berupa N-Methylpyrolydinone (NMP)  dengan  perbandingan  10:90  dan  15:85  dan  dengan variasi penambahan fiberglass 5% dan 15%. Larutan polimer tersebut  dilarutkan  dan  diaduk  dengan magnetic  stirrer hingga  homogen  selama  3  jam.  Kemudian  dituang  ke  atas pelat  kaca,    dan  di  tunggu  sekitar  5  menit  sehingga  sedikit padat kemudian dimasukkan ke dalam bak berisi non-solvent yakni aquades dan direndam selama 24 jam

## III. HASIL DAN DISKUSI
Proses secara NIPS itu sendiri dapat dibedakan dalam tiga teknik  lebih  spesifik,  yaitu  metode air-casting  of  polymer solution,  precipitation  from  the  vapor  phase dan immersion precipitation [4].  Dari  ketiga  macam  teknik  tersebut, immersion precipitation adalah metode yang paling effisien.

## Gambar 1. Mekanisme NIPS
Mekanisme  pemisahan  fasa  dari  polimer  PVDf  dalam proses pembentukan membran dengan menggunakan  larutan pelarut  NMP.  Pemisahan  phasa  dari  larutan  polimer  dapat diketahui  dengan  memantau  terbentuknya  titik  beku  dari larutan  polimer.  Titik  beku  larutan  polimer  adalah  suatu kondisi dimana bila sejumlah larutan non-solvent ditambahkan  kedalam  larutan  polimer,  maka  akan  terjadi perubahan  sifat  dari  larutan  tersebut.  Biasanya  berupa perubahan  warna  larutan  dari  transparan  menjadi  putih berkabut.
Dalam  prosesnya  dilakukan  beberapa  variasi  dalam komposisinya  dan  juga  penambahan  fiberglass.  Dan  hasil variasi dapat dilihat pada Tabel 1 berikut.
Tabel 1.

## Variasi membran PVDf
Membran Komposisi PVDf+NMP Komposisi fiberglass PVDf 15:85 - 5% 15% 10:90 - 5% 15%
Pada  proses  pembuatannya  terdapat  salah  satu  membran yang  gagal  terbentuk  sehingga  tidak  dapat  digunakan  yakni membran PVDf dengan perbandingan 10:90 tanpa penambahan  fibergelas.  Dimana  membran  tersebut  tidak dapat  terbentuk  sempurna  walaupun  telah  dilakukan  proses perendaman  dalam  non-solvent  lebih  dari  1  hari.  Membran yang terbentuk sangat lunak dan mudah robek.

## A. Hasil Pengujian Water Uptake
Uji Water uptake untuk mengetahui kemampuan membran dalam  menyerap air. Persentase  water  uptake dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut.
𝑾 𝒖 = 𝑾 𝒃𝒂𝒔𝒂𝒉 −   𝑾 𝒌𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈 𝑾 𝒌𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈 𝒙 𝟏𝟎𝟎%
Tabel 2. Hasil pengujian water uptake untuk membran kimtech dan poliester No. Membran Berat Kering (gram) Berat Basah (gram) % Water uptake Rata-rata water uptake KIMTECH 1 0,2278 1,5880 597,10 595,255% 2 0,2308 1,6004 593,41 POLIESTER 1 1,6529 7,1018 329,65 337,15% 2 1,640 7,2932 344,70
Sedangkan hasil water uptake dari membran PVDf sebagai berikut :
Tabel 3. Hasil pengujian water uptake untuk membran PVDf No. Membran Berat Membran Kering (gram) Berat Membran Basah (gram) % Water uptake Rata- rata water uptake (%) 1 PVDf 10:90 tanpa FG - - - 2 PVDf 10:90 5%FG 1,3667 2,2515 64,74 61,955 1,3174 2,0969 59,17 3 PVDf 10:90 15% FG 2,574 3,8838 50,89 45,71 2,5761 3,6202 40,53 4 PVDf 15:85 tanpa FG 4,7687 5,2345 46,58 46,49 4,9738 5,4378 46,4 5 PVDf 15:85 5% FG 1,2554 2,2627 80,24 63,16 1,8098 2,6438 46,08
Polimer + Pelarut
Media support (pelat kaca) Non solvent Solvent Bak berisi non-solvent
6 PVDf 15:85 15% FG 3,5504 4,8556 36,76 36,76 3,8334 4,8376 26,2 (a) (b)

## (c)
Gambar  2.  (a)  grafik  uji  water  uptake  kimtech  dan  poliester,  (b)  grafik  uji water uptake membran PVDf, (c) Grafik uji water uptake selama 120 jam
Dari hasil tersebut kemudian diplot pada grafik, dan dapat dilihat  pada  gambar  2(a)  dan  2(b).  Sedangkan  gambar  2(c) adalah  grafik  uji water  uptake membran  PVDf  selama 120jam  terlihat  nilai  terbaik  terjadi  pada  24  jam  pertama. Hasil  yang  tinggi  tersebut  terjadi  karena  adanya  pori  dalam membran.  Semakin  tinggi  nilainya  maka  pori  dalam membran semakin banyak [5]. Dimana air yang masuk akan mengisi pori yang ada pada membran. jika nilai water uptake tinggi  mengindikasi  bahwa  banyak  terdapat  pori  pada membran  sehingga  semakin  banyak  air  dalam  membran, dimana air sebagai media transfer ion, dapat membantu pada proses ekstraksi ion Lithium.
Dari  hasil  tersebut  juga  dapat  dilihat  pengaruh penambahan  fiberglass  dalam  membran  semakin  banyak fiberglass  yang  ditambahkan  mempengaruhi  banyaknya  air yang  dapat  terserap  oleh  membran.  Tetapi  hal  itu  berbeda
dengan  variasi  komposisi  PVDf  dan  NMP,  komposisi tersebut  tidak  berpengaruh  terhadap  hasil water  uptake membran.

## B. Hasil Pengujian SEM
Pengujian Scanning Electron Microscope (SEM)
dilakukan  untuk  mengetahui  morfologi  permukaan  dari membran  untuk  mengetahui  perubahan  morfologi  terhadap membran  yang  dikondisikan  sama  pada  proses  ekstraksi Lithium. Pengamatan dilakukan dengan menggunakan mesin SEM tipe FEI INSPECT S550.
Gambar  3.  Membran  Kimtech  dengan  perbesaran  1500x  (a)  permukaan membran  tanpa  perlakuan,  (b)  dengan  perlakuan  siklus  1  kali,  (c)  dengan perlakuan siklus 6 kali
Dari  Gambar  3  dan  Gambar  4  dapat  diketahui  bahwa morfologi  dari  membran  Kimtech  dan  Poliester non-woven tidak  terlihat  terjadi  banyak  perubahan  morfologi  sehingga terlihat  stabil.  Hanya  saja  kerapatan  dari  membrannya terlihat  berkurang.  Hal  tersebut  berbeda  dengan  Membran PVDf  yang  dapat  dilihat  dari  gambar  hasil  uji  SEM berikutnya.
0 100 200 300 400 500 600 700 % w a te r u p ta k e 0 10 20 30 40 50 60 0 24 48 72 96 120 % wat e r upt ak e Time (hour) PVDF 10 : 90 5% FG PVDF 10 :
90 15% FG PVDF15 : 85
PVDF15 : 85 5% FG PVDF 15 : 85 15% FG 0 20 40 60 80 % wat e r upt ak e b a c
Gambar  4.  Membran  Poliester non-woven dengan  perbesaran  1500x  (a) permukaan membran tanpa perlakuan, (b) dengan perlakuan siklus 1 kali, (c) dengan perlakuan siklus 6 kali
Gambar  5.  Membran  PVDf  15:85  5%FG  dengan  perbesaran  1500x  (a) permukaan membran tanpa perlakuan, (b) dengan perlakuan siklus 1 kali, (c) dengan perlakuan siklus 6 kali
Pada  Gambar  5  bisa  dilihat  terjadi  perubahan  morfologi, yang mana pada awalnya membran berporous menjadi padat dan  terlihat  tidak  berporous  banyak.  Pada  Gambar  6  juga terlihat yang sama setelah mengalami siklus 1 kali dan siklus 6  kali  membran  mengalami  perubahan  pada  morfologinya. Dan  cenderung  mengalami  degradasi  terlihat  dari  Gambar 6(b) dan gambar 6(c).
Gambar  6.  Membran  PVDf  15:85  15%FG  dengan  perbesaran  1500x  (a) permukaan membran tanpa perlakuan, (b) dengan perlakuan siklus 1 kali, (c) dengan perlakuan siklus 6 kali
Gambar  7.  Membran  PVDf  15:85  tanpaFG  dengan  perbesaran  1500x  (a) permukaan membran tanpa perlakuan, (b) dengan perlakuan siklus 1 kali, (c) dengan perlakuan siklus 6 kali
Pada Gambar 7 morfologinya tidak jauh berbeda membran tidak  berporous  tetapi  terlihat  pada  Gambar  7(b)  dan  7(c) membran  mulai  mengalami  degradasi.  Hal  tersebut  juga terjadi pada jenis  membran lainnya, mulai terdegradasi pada siklus  1  dan  siklus  6  terlihat  pada  gambar  8  dan  gambar  9. Pada  gambar  tersebut  ukuran  poros  semakin  besar  terlihat pada  Gambar  8(b)  dan  Gambar  9(b).  Sedangkan  pada Gambar  8  (c)  terlihat  lebih  padat  tetapi  juga  mengalami degradasi  sehingga  mulai  membentuk  lubang  hal  tersebut juga terlihat pada Gambar 9(c).
b a c b a c a b c a b c b a c
Gambar  8.  Membran  PVDf  10:90  tanpa  FG  dengan  perbesaran  1500x  (a) permukaan membran tanpa perlakuan, (b) dengan perlakuan siklus 1 kali, (c) dengan perlakuan siklus 6 kali
Gambar  9.  Membran  PVDf  10:90  15%  FG  dengan  perbesaran  1500x  (a) permukaan membran tanpa perlakuan, (b) dengan perlakuan siklus 1 kali, (c) dengan perlakuan siklus 6 kali

## C. Hasil Pengujian Tarik
Uji  tarik  membran  dilakukan  untuk  mengetahui  kekuatan membran.  Untuk  spesimen  uji  tarik  membran  dipotong dengan  ukuran  50  mm  x  15  mm  x  tebal  (mm).  Dimensi pengujian tarik ini disesuaikan dengan ASTM D882, berikut adalah data uji tariknya.
Gambar 10. Grafik Hasil Uji Tarik Membran Kimtech dan Poliester

## Gambar 11. Grafik Hasil Uji Tarik Membran PVDf
Dari  hasil  uji  tarik  yang  dilakukan  diketahui  bahwa membran  yang  memiliki  nilai  uji  tarik  yang  paling  tinggi adalah PVDf 10:90 15% FG ditunjukkan pada grafik Gambar 11.  kemudian  disusul  dengan  PVDf  15:85  15%FG,  PVDf 10:90  5%FG,  PVDf  15:85  5%FG,  PVDf  15:85,  Poliester, dan Kimtech.
Penambahan fiberglas ini juga berpengaruh pada kekuatan tariknya dapat dilihat perbedaan membran dengan penambahan  fiberglas  dengan  membran  tanpa  penambahan fiberglas.

## D. Hasil Pengujian ICP
Uji  ICP  bertujuan  untuk  mengetahui  berapa  banyak lithium yang dapat teradsorpsi menggunakan membran yang ada  dan  dibandingkan  hasil  antara  menggunakan  membran yang  telah  dikomersilkan  dengan  membran  hasil  sintesa laboratorium.  Lumpur  Sidoarjo  yang  digunakan  berasal  dari titik  25  menunjukkan  hasil  ICP  terhadap  Lithium  sebesar 5,85 ppm (mg/L). Berikut adalah hasil uji ICP Lithium :
Tabel 4. Hasil Pengujian ICP No. Jenis Membran Lithium  Teradsorpsi (ppm (mg/L)) 1. Kimtex 7,83 2. Poliester 38,9 3. PVDf 10:90 5%FG 3,55 4. PVDf 10:90 15% FG 2,19 5. PVDf 15:85 tanpa FG 9,53 6. PVDf 15:85 5% FG 16,4 7. PVDf 15:85 15% FG 12,7
0 2 4 6 8 0 0,1 0,2 0,3 St re ss (N/m m 2) Strain (mm) Uji Tarik Poliester Kimtex 0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 St re ss (N/m m 2) Strain (mm) Uji Tarik PVDf PVDF 10:90 5% FG PVDF 10:90 15% FG PVDF 15:85 PVDF 15:85 5% FG a b c b a c
Dari  hasil  pengujian  tersebut  yang  memiliki  lebih  tinggi dari kandungan Lithium dalam lumpur Sidoarjo dimungkinkan  untuk  terjadi  kebocoran  (fouling)  dan  karena proses  acid  treatment  yang  kurang  sempurna  menyebabkan tidak  semua  Lithium  pada  adsorben  terlepas  dari adsorbennya.  Sehingga  pada  proses  adsorpsi  dan  desorpsi menyebabkan  kandungan  Lithium  terhitung  dalam  uji  ICP. Selain  alasan  tersebut  juga  dapat  dikarenakan  terjadinya kebocoran  pada  membran.  Seharusnya  hasil  uji  ICP  yang benar hasilnya dibawah nilai kandungan Lumpur Sidoarjo ini tunjukkan  oleh  membran  PVDF  10:90  5%FG  3,55  ppm (mg/L) yang berarti dapat mengadsorpsi lithium 60,68% dari lumpur Sidoarjo dan PVDF 10:90 15%FG 2,19 ppm (mg/L) yang berarti dapat mengadsorpsi sekitar 37,43% Lithium.

## IV. KESIMPULAN DAN SARAN

## A. Kesimpulan
Dari  karakterisasi  membran  polimer  yang  dilakukan diketahui  bahwa  membran  PVDf  10:90  5%FG  karena memenuhi  persyaratan  sebagai  membran  untuk  ekstraksi lithium dari Lumpur Sidoarjo. Berikut adalah persyaratannya :
 Memiliki  karakter  hidrofilik  yang  baik  ditunjukkan  dari hasil uji water uptake
 Ukuran pori yang kecil, ditunjukkan dari pengujian SEM dan uji ICP
 Kekuatan  mekanik  dari  membran  digunakan  untuk mendukung  adsorben  ditunjukkan  dari  hasil  pengujian tarik
 Ketahanan  kimia  terhadap  larutan  HCl,  dapat  dilihat melalui hasil SEM

## B. Saran
Untuk kedepannya perlu dilakukan pengujian karakterisasi lanjut  pada  membran  polimer  dari  segi  porositasnya, ketahanan  terhadap  larutan  kimia,  sifat  mekaniknya  untuk dapat  meningkatkan  kualitas  membran  itu  sendiri  dan pengembangan  aplikasi  membran  polimer  untuk  ekstraksi logam lain dari lumpur Sidoarjo.

## DAFTAR PUSTAKA
[1] Ferro  R,  Pipoli  R. The  future  of  lithium.  Mining  intelligence  series [EB/OL]. http:// www.salareslithium.com/i/pdf/Media/ Lithium_2010_BNA.pdf.
[2] Jaskula,  B.W.2013. “ Lithium,  Minerals  Yearbook ” .  U.S.  Geological Survey: pp. 44.1–44.8.
[3] Ebensperger  A,  Maxwell  P,  Moscoso  C. The  lithium  industry:  Its recent  evolution  and  future  prospects [J].  Resources  Policy,  2005,
30(3): 218-231.
[4] Arahman,  Nasrul.  2012. Konsep  Dasar  Proses  Pembuatan  Membran Berpori dengan Metode Non-Solvent Induced Phase Separation. Jurnal Rekayasa Kimia dan Lingkungan Vol.9,No. 2 hal. 68-73.  ISSN 1412- 5064.
[5] Li YS, Zhao TS, Yang WW.2010. Measurement of Water Uptake and Transport  Properties  inAnion  exchange  Membrane .  International Journal of Hydrogen Energy 35: 5656-5665