daftar isi halaman abstrak kata pengantar daftar isi daftar tabel … · · 2017-04-25daftar...
TRANSCRIPT
iii
DAFTAR ISI
Halaman
ABSTRAK ....................................................................................................................... i
KATA PENGANTAR ..................................................................................................... ii
DAFTAR ISI .................................................................................................................. iii
DAFTAR TABEL ............................................................................................................ v
DAFTAR GAMBAR ...................................................................................................... vi
BAB I PENDAHULUAN ................................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang .................................................................................................... 1
1.2 Rumusan Masalah ............................................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ................................................................................................. 3
1.4 Tujuan ................................................................................................................ 4
1.5 Manfaat .............................................................................................................. 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................................... 5
2.1 Membran ............................................................................................................. 5
2.2 Teknik Pembuatan Membran .............................................................................. 7
2.3 Nanopartikel Perak dan Metode Sintesis ........................................................... 9
2.4 Kitosan .............................................................................................................. 10
2.5 Karakterisasi Membran ..................................................................................... 11
BAB III METODE PENELITIAN ............................................................................... 17
3.1 Tempat dan Waktu .............................................................................................. 17
3.2 Alat dan Bahan .................................................................................................... 17
3.3 Diagram Alur Penelitian ..................................................................................... 20
3.3.1 Pembuatan Membran Kitosan 2% ............................................................ 20
3.3.2 Pembuatan Membran Komposit Kitosan-AgNP ........................................ 21
3.3.3 Karakterisasi Membran Kitosan-AgNP ...................................................... 21
iv
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ....................................................................... 25
4.1 Hasil Penelitian ................................................................................................... 25
4.2 Pembahasan ........................................................................................................ 27
4.2.1 Tebal Membran ........................................................................................ 27
4.2.2 Karakterisasi Membran dengan NOVA 1200e ......................................... 28
4.2.3 Uji Daya Serap Air (swelling) ................................................................... 32
4.2.4 Kekuatan Mekanik Membran .................................................................... 34
4.2.5 Karakterisasi Membran dengan FTIR ......................................................... 36
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................................. 39
5.1 Kesimpulan ............................................................................................................ 39
5.2 Saran ...................................................................................................................... 39
DAFTAR PUSTAKA
LAMPIRAN
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Gugus Fungsional Spektra FTIR ..................................................................... 11
Tabel 3.1 Jadwal Penelitian ............................................................................................. 16
Tabel 3.2 Karakteristik Serbuk Kitosan Udang Windu ................................................... 17
Tabel 3.3 Karakteristik Nanopartikel Perak Hasil Biosintesis Menggunakan Tanaman
Sambiloto ........................................................................................................ 18
Tabel 4.1 Data Hasil Pengukuran Tebal Membran Dan Nilai Rata-Ratanya .................. 24
Tabel 4.2 Data Uji Daya Serap Air (Swelling) Dari Masing-masing Membran ............. 25
Tabel 4.3 Surface area, pore volume, pore diameter, jumlah dan kerapatan pori-pori
dari masing-masing membran: Ch, Ch-AgNP10, Ch-AgNP100 dan Ch-
AgNP1000 ...................................................................................................... 31
Tabel 4.4 Hasil Perhitungan Uji Swelling Dari Masing-masing Membran .................... 32
Tabel 4.5 Gugus Fungsi-Gugus Fungsi yang Terdapat pada Membran: Ch, Ch-
Agnp10, Ch-Agnp100 dan Ch-Agnp1000, sebagai Hasil Identifikasi dari
FTIR. .............................................................................................................. 36
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Diagram BET ............................................................................................... 13
Gambar 3.1 Skema Pelaksanaan Penelitian .................................................................... 19
Gambar 3.2 Gambar Permukaan Membran Tampak dari Atas ....................................... 21
Gambar 3.3 Uji Tarik ASTM D5630 ............................................................................... 22
Gambar 4.1 a) Membran Ch, Membran Komposit: B) Ch-AgNP10, C) Ch-AgNP100
dan D) Ch-AgNP1000 ................................................................................... 24
Gambar 4.2 Gambar Membran: A. Sebelum dan B. sesudah Uji Mekanik. 1 = Ch, 2 =
Ch-AgNP10, 3 = Ch-AgNP100 Dan 4 = Ch-AgNP1000 ........................... 25
Gambar 4.3 Spektra FTIR dari Membran: Ch, Ch-AgNP10, Ch-AgNP100 dan Ch-
AgNP1000 .................................................................................................. 26
Gambar 4.4 Grafik BET dari Membran Ch. a) Rentang Diameter 0 Nm – 195 Nm
dan b) Rentang Diameter 2 Nm – 14 Nm ................................................... 27
Gambar 4.5 Grafik BET dari Membran Ch-AgNP10. a) Rentang Diameter 0 Nm –
195 Nm dan b) Rentang Diameter 2 Nm – 14 Nm ..................................... 28
Gambar 4.6 Grafik BET dari Membran Ch-AgNP100. a) Rentang Diameter 0 Nm –
195 Nm dan b) Rentang Diameter 2 Nm – 14 Nm ..................................... 29
Gambar 4.7 Grafik BET dari Membran Ch-AgNP1000. a) Rentang Diameter 0 Nm –
195 Nm dan b) Rentang Diameter 2 Nm – 14 Nm ..................................... 30
Gambar 4.8 Grafik Swelling sebagai Fungsi Waktu untuk Masing-masing Membran:
Ch, Ch-AgNP10, Ch-AgNP100 Dan Ch-AgNP1000 ................................. 32
Gambar 4.9 Grafik Stress (Tegangan) – Strain (Regangan) dari Membran Ch, Ch-
AgNP10, Ch-AgNP100 dan Ch-AgNP1000 .............................................. 33
Gambar 4.10 Nilai Modulus Young (E) dari membran Ch, Ch-AgNP10, Ch-
AgNP100 dan Ch-AgNP1000 .................................................................... 34
Gambar 4.11 Nilai Ultimate Strength (UTS) dari Membran Ch, Ch-AgNP10, Ch-
AgNP100 dan Ch-AgNP1000 .................................................................... 34
Gambar 4.12 Spektrum FTIR Membran Ch ................................................................... 35
vii
ABSTRAK
Pada penelitian ini telah dibuat membran komposit kitosan-nanopartikel perak
(membran Ch-AgNP) dan karakterisasi sifat-sifat fisiknya. Kitosan digunakan
sebagai matrik, larutan asam asetat 1% sebagai pelarut dan nanopartikel perak
(AgNP) sebagai bahan pengisi. AgNP yang digunakan adalah hasil biosintesis
langsung menggunakan ekstrak daun Sambiloto. Variasi massa nanopartikel perak
yang digunakan adalah 0, 10 μg, 100 μg dan 1000 μg. Membran dibuat dengan
metode cetakan larutan. Karakterisasi sifat-sifat fisik yang dilakukan meliputi ukuran
pori-pori dengan metode BJH (Barrett, Joynerand and Halenda), kemampuan/daya
serap air (swelling), spektrofotometer FTIR (Fourier Transform Infra-Red), kekuatan
tarik dan regangan menggunakan DMA (Dynamic Mechanical Analysis). Hasil
penelitian menunjukkan bahwa diameter pori-pori membran meningkat dengan
penambahan jumlah AgNP dari 0-100 g dan berkurang dengan penambahan 1000
g. Membran Ch-AgNP100 memperlihatkan kemampuan/daya serap air tertinggi,
serta mempunyai nilai modulus Young (E) dan ultimate strength tertinggi juga.
Kemampuan memanjang (elongation) tertinggi ditunjukkan oleh membran Ch-
AgNP10.
Kata kunci: Kitosan, nanopartikel perak, membran komposit, uji tarik, BJH, FTIR.
ABSTRACT
A research on the manufacture of composite membranes of chitosan- silver
nanoparticle (Ch-AgNP membrane) and the characterization of their physical
properties has been done. Chitosan is used as a matrix, acetic acid 1% solution as a
solvent and silver nanoparticles (AgNP) as filler. The AgNP used is synthesized
using biological method using Sambiloto leaf extract. Variations in the mass of silver
nanoparticles used are 0, 10 μg, 100 μg and 1000 μg. The membranes have been
made using casting solution method. The characterizations conducted involved the
pores size using BJH (Barrett, Joynerand and Halenda) method, water absorption
(swelling), FTIR (Fourier Transform Infra-Red) spectrophotometer and tensile
strength using DMA (Dynamic Mechanical Analysis). The results showed that the
pores diameter of the membranes increased with increasing the addition of AgNP
from 0 to 100 g, but it was reduced by adding 1000 g. Ch-AgNP100 membrane
showed the highest of swelling capacity, as well as having a value of Young's
modulus (E) and the highest ultimate strength as well. The longest elongation is
indicated by Ch-AgNP10 membrane.
Key words: chitosan, silver nanoparticle, composite membrane, tensile test, BJH,
FTIR.
viii
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Membran adalah sutau lapisan tipis yang berfungsi sebagai pembatas antara
dua fasa dan bersifat semipermeable, yang artinya hanya dapat melewatkan
komponen tertentu dan menahan komponen lain dari suatu aliran fluida yang
melewatinya (Mulder, 1996). Keunggulan pemisahan (separation) dengan
menggunakan membran antara lain pemisahan dapat berlangsung secara kontinyu,
dapat dikombinasikan dengan proses pemisahan yang lain, energi yang digunakan
rendah, sifat-sifat dan variabel membran dapat disesuaikan, pemisahan larutan-
larutan yang peka terhadap suhu (misalnya larutan biologis dan organik), serta relatif
tidak menimbulkan limbah (Mulder, 1996). Oleh karenanya, membran tergolong
sebagai clean technology. Dengan keunggulan-keunggulan tersebut, teknologi
membran telah banyak dikembangkan dan digunakan dalam berbagai aplikasi,
misalnya penjernihan dan sterilisasi air minum, desalinasi air laut dan air payau,
pemisahan dan pemekatan air limbah industri (waste water treatment), pemisahan
gas, pemisahan darah untuk penderita ginjal, serta bioteknologi (mikrofiltrasi dan
ultrafiltrasi).
Saat ini telah banyak dikembangkan pembuatan membran dari polimer alam
dengan alasan polimer alam lebih ramah lingkungan dan mudah terdegradasi secara
biologis atau alami (biodegradable). Seperti membran yang terbuat dari selulosa
asetat, yang banyak digunakan untuk proses pemisahan. Membran kitosan telah
banyak dikembangkan dan diteliti sebagai membran mikrofiltrasi, ultrafiltrasi,
elektrodialisis dan hemodialisis. Hal ini terjadi karena kitosan mudah didapat,
prosedur isolasinya mudah dan tidak beracun. Kitosan juga memiliki beberapa sifat
yang menguntungkan diantaranya sifat hydrophilicity, biocompatibility,
biodegradability, anti bakteri dan memiliki afinitas yang besar terhadap enzim
(Yurnaliza, 2002).
Membran ideal adalah membran yang bersifat efektif dan efisien, yaitu
memiliki selektifitas (kemampuan pemisahan) tinggi dan dapat menyaring unsur atau
material tertentu dengan cepat. Efektifitas kerja dari membran dipengaruhi oleh
karakteristik atau sifat-sifat fisik serta responnya terhadap lingkungan. Secara umum,
1
ix
sifat membran bergantung pada bahan dasar (bahan matrik), pelarut (solvent) dan
metode pembuatannya.
Membran yang terbuat dari bahan dasar kitosan memiliki sifat mekanik
yang tidak terlalu baik, seperti ketahanan terhadap tarikan dan regangan yang
lemah (Indah F. Farha dan Nita Kusumawati, 2012). Oleh karenanya masih perlu
dilakukan penelitian untuk memperbaiki sifat-sifat membran tersebut. Salah satunya
adalah dengan menambahkan suatu material (material aditif) tertentu sehingga
terbentuk membran komposit. Membran komposit adalah membran asimetris yang
terdiri atas membran berpori dan lapisan pendukung dari materi yang berbeda.
Membran komposit juga dapat diperoleh dengan mencampur dua atau lebih bahan
dasar polimer dengan penambahan bahan tertentu untuk tujuan tertentu pula.
Karakteristik membran komposit kitosan-polivinil alcohol (PVA)-poli etilen
glikol (PEG-6000) sangat dipengaruhi oleh komposisi dari masing-masing bahan
penyusun. Membran kitosan-PVA dengan perbandingan 75%:25% (v/v) dan PEG
2,5% b/v memiliki kekuatan mekanik terbaik yaitu sebesar 36,926 kgf, ukuran pori
berkisar 0,01-0,15 μm dan distribusi pori lebih rapat dibandingkan dengan 100%:0%,
50%:50%, 25%:75% dan 0%:100% dengan PEG sama. Sedangkan fluks terbaik
diperoleh pada membran dengan perbandingan 50%:50% (Indah, 2012).
Kemampuan membran komposit “selulosa-kitosan terikat silang” dalam
mengadsorpsi ion logam Pb(II) juga sangat bergantung pada komposisi bahan
pembuatnya. Kapasitas adsorpsi terbesar dihasilkan pada membran selulosa-kitosan
1% dan kapasitas adsorpsi terendah dihasilkan pada membran selulosa-kitosan 3%
dengan PEG 10% (Bimbing Herwanto dan Eko Santoso, 2006). Hasil tersebut
menunjukkan bahwa penambahan kadar PEG dapat menurunkan kapasitas adsorpsi
membran komposit selulosa-khitosan terikat silang.
Dari beberapa penelitian di atas tampak bahwa, sampai saat ini penelitian yang
terkait dengan kondisi pembuatan membran dan pencarian alternatif bahan baku
membran masih menarik untuk diteliti. Hal ini disebabkan karena banyaknya
parameter yang mempengaruhi karakteristik membran yang dihasilkan. Kombinasi
dari berbagai parameter tersebut memungkinkan diperolehnya membran yang
spesifik untuk tujuan pemisahan tertentu.
x
Dewasa ini, peran nanoteknologi sangat penting dalam perkembangan ilmu
pengetahuan dan teknologi. Nanoteknologi merupakan ilmu rekayasa material,
struktur fungsional, maupun piranti berskala nanometer (10-9
m). Nanopartikel adalah
salah satu bagian terpenting dari nanoteknologi. Nanopartikel telah digunakan
diberbagai bidang diantaranya tekstil, kesehatan, industri, pangan dan pertanian,
elektronik, lingkungan dan energi. Seperti pemanfaatan nanopartikel logam dalam
bidang katalisis, biosensor, elektronik dan optik.
Logam yang banyak dikembangkan menjadi nanopartikel yaitu Ag (perak), Pt
(platina), Pd (paladium) dan Au (emas). Nanopartikel perak adalah salah satu
nanopartikel yang banyak digunakan dalam bidang biologi dan farmasi. Logam perak
adalah logam yang paling banyak diteliti, karena ion perak merupakan antibakteri
yang kuat dan juga bersifat toksik bagi sel. Ion perak memiliki kemampuan merusak
dinding sel bakteri, menghambat petumbuhan sel bakteri dan mengganggu
metabolisme sel, yang pada akhirnya menyebabkan kematian sel. Dalam pengujian
kalorimetri, nanopartikel perak memiliki beberapa keunggulan dibanding
nanopartikel emas, diantaranya nanopartikel perak memiliki koefisien molar absorpsi
lebih tinggi dibandingkan dengan nanopartikel emas pada ukuran yang sama.
Berdasarkan latar belakang tersebut di atas, pada penelitian ini telah dibuat
membran komposit kitosan-nanopartikel perak (Ch-AgNP). Telah dipelajari
pengaruh penambahan nanopartikel perak (AgNP) terhadap sifat-sifat fisika dari
membran komposit tersebut, khususnya struktur pori dan kekuatan tarik.
1.2 Rumusan Masalah
Pada penelitian ini, permasalahan yang diteliti adalah sintesis dan karakteristik
membran komposit kitosan dengan aditif nanopartikel perak (Ch-AgNP).
Karakteristik membran yang dimaksud adalah karakteristik fisika, khususnya pori-
pori dan kekuatan mekanik (kekuatan tarik).
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah pada penelitian ini sebagai berikut:
1. Membran komposit yang dibuat adalah membran kitosan 2% dengan variasi
penambahan AgNP sebesar 10 μg, 100 μg dan 1000 μg.
xi
2. Nanopartikel perak yang digunakan adalah hasil biosintesis dengan
menggunakan ekstrak daun Sambiloto.
1.4 Tujuan
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari sintesis dan karakterisasi membran
komposit yang terbuat dari polimer alami kitosan dengan aditif nanopartikel perak.
Dalam hal ini, karakterisasi yang dimaksud adalah karakteristik fisika khususnya
pori-pori dan kekuatan tarik.
1.5 Manfaat
Hasil penelitian ini diharapkan dapat memberi pengetahuan tentang sintesis dan
karakteristik fisika dari membran komposit yang terbuat dari polimer alami kitosan
dengan aditif nanopartikel perak. Juga diharapkan menambah khasanah ilmu
pengetahuan, khususnya tentang membran komposit Ch-AgNP.