Perpustakaan Digital ITB

Salah satu industri yang banyak mengkonsumsi air dan menghasilkan limbah adalah industri tekstil. Pengembangan metode pengolahan limbah terus dilakukan dan salah satunya adalah dengan menggunakan teknologi membran. Bahan membran yang banyak mendapatkan perhatian pada saat ini adalah poliviniliden fluorida (PVDF) karena memiliki sifat stabilitas kimia, termal dan mekanik yang baik. PVDF merupakan polimer yang bersifat hidrofobik sehingga seringkali menyebabkan terjadinya penyumbatan pada permukaan membran. Modifikasi pencampuran dengan partikel hidrofil untuk menjadi suatu membran hibrida, merupakan metode sederhana yang dapat meningkatkan kinerja filtrasi membran, sifat termal, mekanik dan ketahanan terhadap penyumbatan. Mordenit (MOR) adalah jenis zeolit yang banyak terdapat di Indonesia yang berpotensi sebagai zat pengisi pada membran PVDF untuk filtrasi zat warna tekstil. Penelitian sebelumnya menggunakan zeolit alam klinoptilolit pada membran hibrida dapat meningkatkan kinerja filtrasi terhadap zat warna reaktif dan meningkatkan sifat ketahanan terhadap penyumbatan. Zeolit alam jenis mordenit berpotensi untuk menjadi partikel pengisi pada membran hibrida, karena kelimpahan mordenit yang cukup tinggi di Indonesia serta masih minimnya penelitian yang menggunakan mordenit dalam aplikasi membran. Namun perbedaan kepolaran dengan PVDF dapat mengakibatkan rongga antarmuka dan kompatibilitas yang rendah antara mordenit dengan PVDF. Modifikasi pada permukaan mordenit diperlukan untuk menjembatani interaksi antara mordenit dengan PVDF, sehingga mendapatkan kompatibilitas yang baik dan mendapatkan peningkatan kinerja pada membran. Berdasarkan struktur kimianya, senyawa organosilana diharapkan dapat berperan dalam mengatasi masalah tersebut. Studi literatur menunjukkan bahwa penelitian tentang pengaruh jenis organosilana untuk memodifikasi mordenit masih sedikit. Tujuan penelitian ini adalah untuk mempelajari pengaruh jenis organosilana yang digunakan untuk memodifikasi mordenit pada membran hibrida terhadap karakteristik dan kinerja membran dalam filtrasi zat warna tekstil. Senyawa organosilana yang digunakan adalah 3-aminopropil trietoksisilana (APTES), 3- etilenadiaminopropil-trimetoksisilana (EDAPTMS), and 3-merkapto-propil-trimetoksisilana (MPTMS). Zat warna yang digunakan dibatasi untuk zat warna yang sering digunakan dalam proses pewarnaan serat selulosa, yaitu zat warna Congo red (CR), reactive yellow 145 (RY 145) dan zat warna indigo. Modifikasi mordenit dilakukan dengan menggunakan pelarut toluena dengan perbandingan berat antara mordenit : organosilana adalah 1:2. Membran hibrida PVDF dibuat dengan metode inversi fasa dengan konsentrasi mordenit dan MOR-organosilana 0,75% b/b. Membran hibrida dikarakterisasi dengan ATR-FTIR (attenuated total reflection-fourier transform infrared spectroscopy) dan XRD (X-ray diffraction), sifat termal dengan TGA (thermogravimetric analysis) dan DSC (differential scanning calorimetry), sifat hidrofilisitas dengan pengukuran sudut kontak, morfologi dengan SEM (scanning electron microscope), topografi dengan AFM (atomic force microscope), sifat mekanik dengan uji tarik serta kinerja filtrasi membran terhadap zat warna tekstil dengan metode filtrasi dead-end. Hasil penelitian menunjukkan bahwa modifikasi mordenit dengan senyawa organosilana yang terdiri dari APTES, EDAPTMS dan MPTMS telah berhasil dilakukan. Keberhasilan modifikasi tersebut divalidasi dari hasil spektroskopi infra merah pada mordenit yang dimodifikasi dengan munculnya puncak baru pada 1314 cm-1 , 1490 cm-1 , 1585 cm-1 dan 2933 cm-1 . Keberhasilan modifikasi mordenit dengan APTES dan MPTMS juga diamati dengan penurunan penghilangan berat pada analisis TGA yang menandakan semakin sedikitnya gugus -OH yang bebas pada mordenit karena berinteraksi dengan organosilana. Modifikasi mordenit dengan EDAPTMS ditandai dengan terjadinya dua tahap penghilangan berat yang menandakan terjadinya volatilisasi organik bertahap dari senyawa EDAPTMS pada MOR-EDAPTMS. Membran hibrida PVDF berupa PVDF/MOR (PM), PVDF/MOR-APTES (PMA), PVDF/MOR-EDAPTMS (PME) dan PVDF/MOR-MPTMS (PMM) telah dibuat dengan metode inversi fasa. Penambahan mordenit dan MOR-organosilana meningkatkan fraksi fasa ? PVDF dengan jumlah fraksi 53,66% dengan kenaikan fraksi fasa ? tertinggi pada penambahan MOR-MPTMS dengan jumlah fraksi 57,18%. Sifat hidrofilisitas membran meningkat seiring kenaikan fasa ? pada membran, dengan membran PMM yang paling bersifat hidrofil, yang ditunjukkan dengan sudut kontak permukaan yang paling rendah. Membran PME menghasilkan porositas, ukuran jari-jari pori rata-rata dan swelling membran tertinggi dibandingkan membran hibrida PM, PMA dan PMM. Analisis morfologi menunjukkan bahwa semua membran hibrida memiliki struktur membran asimetris dengan makropori seperti jari, kecuali PME yang memiliki struktur makropori bulat dan lebih besar daripada membran hibrida lainnya. Distribusi MOR-EDAPTMS pada bagian dalam membran hibrida lebih homogen dibandingkan membran lainnya yang memiliki aglomerasi di beberapa area membran yang mengindikasikan peningkatan kompatibilitas pada membran PME. Penambahan MOR-organosilana menyebabkan peningkatan kompatibilitas antara mordenit dengan PVDF, sehingga meningkatkan kekuatan mekanik PMA dan PMM, serta pada PME walaupun memiliki makropori yang besar namun masih memiliki kekuatan mekanik yang sama dengan PVDF. Peningkatan kompatibilitas juga telah meningkatkan kestabilan termal pada membran hibrida yang diindikasikan dari penurunan berat semua membran hibrida yang lebih rendah daripada membran PVDF. Penambahan mordenit dan MOR-organosilana mengubah karakteristik topografi membran hibrida menjadi lebih kasar daripada topografi membran PVDF. Hasil filtrasi dengan membran menunjukkan bahwa semua membran hibrida memiliki kinerja filtrasi terhadap zat warna tekstil CR dan indigo dengan nilai rejeksi lebih dari 99%. Selektivitas membran PM terhadap RY 145 mengalami penurunan akibat kompatibilitas yang rendah antara mordenit dengan PVDF. Sebaliknya, selektivitas dan permeabilitas terhadap RY 145 pada membran PMA dan PMM meningkat, yang menandakan interaksi mordenit yang lebih baik dengan PVDF. Kinerja yang sangat baik ditunjukkan oleh membran PME yang mempunyai selektivitas relatif sama dengan membran PVDF, namun permeabilitasnya meningkat hingga dua kali lipat dibandingkan membran PVDF. Hal ini menandakan interaksi dan kompatibilitas yang baik antara mordenit dengan PVDF. Disamping itu, penambahan mordenit dan MOR-organosilana sebagai partikel polar juga telah berhasil meningkatkan sifat ketahanan terhadap penyumbatan dari membran sebagai akibat dari kombinasi perubahan karakter kekasaran dan hidrofilisitas membran yang meningkat. Berdasarkan hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa membran hibrida dengan kinerja membran terbaik didapatkan dari penambahan MOR-EDAPTMS, yang ditunjukkan dari kinerja filtrasi membran PME dengan selektivitas yang baik untuk zat warna CR, RY 145 dan indigo dengan permeabilitas yang meningkat dua kali lipat dari membran PVDF murni, serta memiliki sifat ketahanan termal dan sifat ketahanan terhadap penyumbatan yang baik.