Path: TopS2-ThesesChemistry-FMIPA2016

PENGARUH KONSENTRASI AGEN PENSULFONASI TERHADAP KARAKTERISTIK MEMBRAN SELULOSA BAKTERIAL TERSULFONASI UNTUK APLIKASI DMFC

THE EFFECT OF THE CONCENTRATION OF SULFONATING AGENT ON THE CHARACTERISTICS OF SULFONATED BACTERIAL CELLULOSE MEMBRANES FOR DMFC APPLICATIONS

Master Theses from JBPTITBPP / 2017-11-14 14:55:54
Oleh : MAHDIYA NAYLA (NIM :20514051), S2 - Chemistry
Dibuat : 2016, dengan 7 file

Keyword : fuel cell, membran selulosa bakterial, asam klorosulfonat.

Kebutuhan energi yang semakin meningkat menyebabkan banyaknya penelitia dilakukan untuk menemukan energi alternatif pengganti bahan bakar fosil. Salah satu jenis energi alternatif yang saat ini sedang dikembangkan adalah DMFC (Direct Methanol Fuel Cell) yang merupakan salah satu jenis sel bahan bakar yang banyak diminati karena menggunakan bahan bakar metanol yang mudah dalam penyimpanannya. Pada saat ini membran polimer elektrolit yang banyak digunakan untuk DMFC adalah fluoropolimer yang mengandung rantai cabang sulfonat atau yang terkenal dengan nama dagang Nafion®. Akan tetapi Nafion® masih memiliki beberapa kelemahan yaitu harganya yang relatif mahal serta permeabilitas metanol yang cukup tinggi. Pada penelitian ini digunakan membran selulosa bakterial yang mempunyai sifat mekanik yang kuat dan stabilitas termal yang tinggi sebagai kandidat membran untuk DMFC. Membran selulosa bakterial ini dibuat dari air sari kelapa dengan bantuan bakteri Acetobacter xylinum. Optimasi membran dilakukan dengan proses sulfonasi yaitu substitusi gugus hidroksil pada selulosa dengan gugus sulfonat ( –SO3H) supaya polimer bersifat lebih hidrofilik. Sulfonasi dilakukan untuk meningkatkan nilai konduktivitas membran selulosa bakterial. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi asam klorosulfonat terhadap karakteristik membran selulosa bakterial tersulfonasi. Proses sulfonasi menggunakan metode MAOS (Microwave Assisted Organic Synthesis) dengan variasi asam klorosulfonat 0,5-3%. Karakterisasi membran meliputi analisis gugus fungsi dengan FTIR (Fourier Transform

Infrared), sifat mekanik membran dengan uji tarik, derajat penggembungan, konduktivitas proton, kapasitas penukar ion, morfologi membran menggunakan SEM (Scanning Electron Microscopy) dan penentuan kadar sulfur dengan EDS (Electron Dispersive X-Ray Spectroscopy). Hasil analisis gugus fungsi menunjukkan munculnya puncak pada bilangan gelombang 1335 cm-1 yang menujukkan vibrasi asimetris S=O pada sulfonat. Hasil uji sifat mekanik membran menunjukkan hasil tegangan membran selulosa bakterial tersulfonasi berbanding terbalik dengan persentase asam klorosulfonat. Semakin besar persentase asam klorosulfonat menyebabkan tegangan membran semakin kecil. Regangan membran selulosa bakterial tersulfonasi sebanding dengan persentase asam klorosulfonat. Semakin besar persentase asam klorosulfonat menyebabkan regangan semakin besar. Hasil perhitungan derajat penggembungan membran menunjukkan bahwa derajat penggembungan sebanding dengan persentase asam klorosulfonat yang digunakan untuk mensulfonasi membran. Hal ini memperlihatkan bahwa semakin banyaknya gugus –OH pada C nomor 6 yang tersubstitusi oleh gugus –SO3H, membran bersifat lebih hidrofilik. Nilai konduktivitas membran juga mengalami kecenderungan naik seperti derajat penggembungan. Nilai kapasitas penukar ion membran juga mengalami kenaikan sebanding dengan persentase asam klorosulfonat. Konduktivitas proton dan kapasitas penukar ion menunjukkan kemampuan membran mempertukarkan proton. Gugus sulfonat yang tersubstitusi pada membran semakin banyak menyebabkan membran semakin mudah mempertukarkan proton. Foto permukaan membran dengan SEM menunjukkan morfologi serat membran selulosa bakterial. Kadar sulfur pada permukaan membran selulosa bakterial tersulfonasi semakin besar seiring dengan bertambahnya persentase asam klorosulfonat. Hal ini menunjukkan semakin banyaknya gugus –OH yang tersubstitusi dengan –SO3H pada membran selulosa bakterial tersebut. Permeabilitas metanolnya membran

ditentukan pada membran yang mempunyai nilai konduktivitas proton dan kapasitas penukar ion tertinggi. Permeabilitas metanol membran SBs-3 diperoleh sebesar 2,75 x 10-6 cm2/s. Dari hasil penelitian ini disimpulkan bahwa membran selulosa bakterial tersulfonasi yang menggunakan asam klorosulfonat 3% menghasilkan karakteristik yang optimum, yaitu derajat penggembungan 183,54%, konduktivitas 0,055 S/cm pada pengukuran 10 mV dan 0,052 S/cm pada pengukuran 100 mV, kapasitas penukar ion 3,88 meq/g, persentase kadar sulfur 0,94% serta permeabilitas metanol 2,75 x 10-6 cm2/s.

Deskripsi Alternatif :

The increasing needs of energy has driven a number of researchers to seek alternative energies to substitute fossil fuels. One type among them currently being developed is DMFC (Direct Methanol Fuel Cell), a type of fuel cells which is much in demand because it uses methanol which is easy to store. Nowadays, most DMFC uses fluoropolymers as the polymer electrolyte membrane which contain branched chain sulfonate groups. This material is well-known by the trade mark of Nafion®. However, it has some weaknesses, such as its high cost and fairly high methanol permeability. In this research, bacterial cellulose membranes which have strong mechanical properties and high thermal stability are used as an alternative for polymer electrolyte membrane. This type of membrane is made of coconut water using Acetobacter xylinum bacteria. The optimization of the membrane is done using the sulfonation process in which the hydroxyl groups in the cellulose is replaced by the sulfonate (-SO3H) groups in order to make the polymer more hydrophilic. The sulfonation is done to increase the conductivity of the bacterial cellulose membrane. This research aims to determine the effect of chlorosulfonic acid concentration on the characteristics of sulfonated bacterial cellulose membranes. The sulfonation process used MAOS (Microwave Assisted Organic Synthesis) method with chlorosulfonic acid variation between 0.5 and 3%. The characterization of the membranes includes the analysis of functional mechanical properties of the membrane using tensile test, the swelling degree, proton conductivity, ion exchange capacity, membrane morphology using SEM (Scanning Electron

Microscopy) and the determination of sulfur levels using EDS (Electron Dispersive X -Ray Spectroscopy). The results of the functional group analysis indicates the emergence of a peak at wave number 1335 cm-1, which shows an asymmetric vibration S=O of the sulfonate group. The mechanical properties of the membrane shows that the stress of the sulfonated bacterial cellulose membrane is inversely proportional to the percentage of chlorosulfonic acid. The higher the percentage of chlorosulfonic acid, the smaller the membrane stress.The sulfonated cellulose bacterial membrane strain is also proportional to the v percentage of chlorosulfonic acid. The swelling degree of the membrane is proportional to the percentage of chlorosulfonic acid used to sulfonate the membrane. This is due to the increasing number of -OH groups at C number 6 which is substituted by -SO3H group resulting in more hydrophilic membranes. Similar to the degree of swelling, the proton conductivity and the ion exchange capacity of the membranes is also likely to increase in proportion to the percentage of chlorosulfonic acid. The presence of the sulfonate groups in the membrane increases causing the proton exchange easier. Photos of the membrane surface by SEM shows the morphology of the membrane fibers. The content of sulfur on the surface of sulfonated bacterial cellulose membrane increases as the percentage of chlorosulfonic acid used is higher. Membrane with highest proton conductivity and ion exchange capacity is determined methanol permeability value. Methanol permeability of the membrane SBs-3 obtained of 2.75 x 10-6 cm2/s. It can be concluded from the experimental results that the bacterial cellulose membrane sulfonated by 3% chlorosulfonic acid has the optimum characteristics, namely a degree of swelling of 183.54%, a conductivity of 0.055 S/cm at 10 mV and 0.052 S/cm at 100 mV measurements, an ion exchange capacity of 3.88 meq/g and a percentage of sulfur content of 0.94% and methanol permeability of 2.75 x 10-6 cm2/s.

Copyrights : Copyright (c) 2001 by Perpustakaan Digital ITB. Verbatim copying and distribution of this entire article is permitted by author in any medium, provided this notice is preserved.

Beri Komentar ?#(0) | Bookmark

PropertiNilai Properti
ID PublisherJBPTITBPP
OrganisasiS2 - Chemistry
Nama KontakUPT Perpustakaan ITB
AlamatJl. Ganesha 10
KotaBandung
DaerahJawa Barat
NegaraIndonesia
Telepon62-22-2509118, 2500089
Fax62-22-2500089
E-mail Administratordigilib@lib.itb.ac.id
E-mail CKOinfo@lib.itb.ac.id

Print ...

Kontributor...

  • Pembimbing : Prof. Dr. Ing. Cynthia Linaya Radiman., Editor: Alice Diniarti

File PDF...