Perpustakaan Digital ITB

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.