Article Details

TRANSMISSIVITAS GAS CO2 PADA MEMBRAN CAMPURAN MATRIKS METAL-ORGANIC FRAMEWORKS BERBASIS NIKEL/POLISULFON

Oleh   Nirwan Susianto [20519030]
Kontributor / Dosen Pembimbing : Aep Patah, S.Si., M.Si., Ph.D.;
Jenis Koleksi : S2 - Tesis
Penerbit : FMIPA - Kimia
Fakultas : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam (FMIPA)
Subjek :
Kata Kunci : metal-organic frameworks (MOF); Ni-MOF; Ni-BDC; Ni-NH2BDC; membran campuran matriks; transmissivitas gas CO2
Sumber :
Staf Input/Edit : Latifa Noor  
File : 1 file
Tanggal Input : 2022-01-13 16:17:36

Pemisahan gas CO2 konvensional dengan distilasi kriogen atau absorben berbasis amina cenderung membutuhkan energi tinggi dan tidak ramah lingkungan. Oleh karena itu, saat ini banyak dikembangkan pemisahan gas berbasis membran yang memiliki efisiensi energi lebih baik. Salah satu strategi untuk meningkatkan kinerja pemisahan membran adalah fabrikasi membran campuran matriks dengan mendispersikan filler anorganik dalam matriks polimer, sehingga dapat menggabungkan keunggulan pemisahan oleh filler berpori dan kemudahan pemrosesan polimer. Pada penelitian ini, dikembangkan membran campuran matriks metal-organic frameworks (MOF) berbasis nikel dalam matriks polisulfon (PSf). MOF berbasis nikel disintesis dengan metode solvotermal menggunakan campuran pelarut H2O/DMF pada suhu 120°C selama 24 jam dengan dua garam prekursor berbeda, yaitu NiCl2 dan Ni(CH3COO)2, dan dua ligan penghubung berbeda, yaitu asam benzen-1,4-dikarboksilat (H2BDC) dan asam 2-aminobenzen- 1,4-dikarboksilat (H2BDC-NH2), sehingga diperoleh empat MOF dengan struktur berbeda, yakni Ni(Cl)-BDC, Ni(OAc)-BDC, Ni(Cl)-NH2BDC, dan Ni(OAc)- NH2BDC. Membran difabrikasi dengan metode solution casting, di mana MOF dan polisulfon didispersikan secara homogen dalam kloroform. Difraktogram sinar X dari keempat Ni-MOF menunjukkan struktur kristal MOF yang khas dari masing- masing campuran garam prekursor dan ligan penghubung. Perbedaan garam prekursor nikel dapat menghasilkan struktur yang berbeda. Sintesis MOF dengan ligan penghubung H2BDC menggunakan garam NiCl2 akan menghasilkan fasa diakua Ni3(OH)2(H2O)2(BDC)2, sedangkan jika menggunakan garam Ni(CH3COO)2 akan menghasilkan fasa tetraakua Ni3(OH)2(H2O)4(BDC)2. Perbedaan utama kedua fasa terletak pada jumlah molekul H2O yang terkoordinasi pada ion Ni2+. Sintesis MOF menggunakan ligan penghubung H2BDC-NH2 dan garam Ni(CH3COO)2 ditemukan menghasilkan fasa baru yang masih belum teridentifikasi hingga saat ini. Spektra FTIR dari Ni(Cl)-NH2BDC dan Ni(OAc)- NH2BDC menunjukkan puncak serapan vibrasi ulur N?H dari gugus ?NH2 pada daerah bilangan gelombang 3300?3400 cm?1, selain puncak serapan vibrasi ulur COO asimetris dan simetris di daerah 1560?1590 cm?1 dan 1380?1400 cm?1 yang juga ada pada Ni(Cl)-BDC dan Ni(OAc)-BDC. Luas permukaan BET pada Ni(Cl)- BDC, Ni(OAc)-BDC, Ni(Cl)-NH2BDC, dan Ni(OAc)-NH2BDC berturut-turuut adalah 12,097 m2/g; 40,225 m2/g; 16,037 m2/g; dan 14,020 m2/g. Spektra FTIR- ATR dari sampel membran tidak menunjukkan adanya pergeseran puncak serapan atau puncak serapan baru yang berbeda dari MOF dan PSf mengindikasikan bahwa MOF dan PSf hanya berinteraksi secara fisik. Hasil uji kuat tarik pada membran menunjukkan penambahan MOF pada PSf menurunkan nilai kuat tarik membran PSf. Nilai kuat tarik membran campuran matriks MOF/PSf turun hingga 3?16% pada penambahan MOF sebanyak 5% dan hingga 11?35% pada penambahan MOF sebanyak 10% jika dibandingkan dengan membran PSf murni. Nilai kekuatan tarik ini dapat merefleksikan sifat mekanik membran terkait ketahanan membran ketika diuji menggunakan aliran gas bertekanan tinggi. Performa dari sampel membran kemudian ditentukan melalui uji transmissivitas gas CO2. Berdasarkan hasil pengukuran kadar CO2 pada sisi permeat diperoleh transmissivitas gas CO2 meningkat seiring dengan penambahan loading MOF dalam matriks PSf. Tren nilai transmissivitas gas CO2 pada membran Ni-MOF/PSf 5% adalah Ni(Cl)-BDC/PSf < Ni(OAc)-NH2BDC/PSf < Ni(Cl)-NH2BDC/PSf < Ni(OAc)-BDC, sesuai dengan tren luas permukaan BET dari keempat MOF. Berdasarkan keseluruhan eksperimen uji membran, diperoleh transmissivitas gas CO2 tertinggi pada membran Ni(OAc)- BDC/PSf 10%, dan terendah pada membran Ni(Cl)-BDC/PSf 5%. Perbedaan nilai transmissivitas ini dapat ditinjau dari segi struktur MOF dan interaksi antara MOF dan CO2. Fungsionaliasi ligan dengan gugus ?NH2 memberikan pengaruh terhadap struktur MOF maupun interaksinya dengan gas CO2.