Penelitian (1)

PROPOSAL PENELITIAN
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Menyelesaikan Pendidikan Strata-1
Program Studi Teknik Kimia
Disusun Oleh:
Gatra Buana Winiarti
NIM : 2311 15 1 018
Ghina Shofi Pratiwi
NIM : 2311 15 1 063
Dosen Pembimbing:
Dr. Putu Teta P.A., ST., MT.
NID. 4121 901 74
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI
CIMAHI
2019
LEMBAR PENGESAHAN
UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI
FAKULTAS TEKNIK
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA
Nama
: Gatra Buana Winiarti
: Ghina Shofi Pratiwi
NIM
: 2311151018
: 2311151063
Judul
: Pengembangan Membran Penukar Ion Komposit Berbasis
Polistirena Teikat Silang Tersulfonasi
Cimahi, April 2019
Pembimbing Penelitian
Dr. Putu Teta P.A., S.T.,M.T.
NID. 412190174
ABSTRAK
Separator baterai merupakan bagian penting dalam perangkat baterai yang
berfungsi untuk media transfer ion lithium dan mencegah hubungan singkat antar
elektroda (anoda dan katoda) dalam sistem baterai. Teknologi membran
merupakan salah satu teknologi yang viable untuk diaplikasikan sebagai upaya
memenuhi kebutuhan teknologi baru yang handal dalam proses pemisahan dan
aplikasi lainnya. Salah satu membran yang dapat digunakan adalah membran
penukar ion (ion exchange membrane). Penerapan dari membran penukar ion
meliputi sintesis electrochemical, konversi dan penyimpanan energi. Dalam
penelitian ini,untuk meningkatkan kekuatan mekanik membran polistirena, maka
modifikasi membran perlu dilakukan. Penelitian ini dilakukan melalui empat
tahap, yaitu polimerisasi stirena dan penambahan agen crosslinked, sulfonasi
polistirena, pembuatan membran dengan metode pencampuran dan immerse
prepisitasi. Tahap terakhir adalah karakteristik dan pengujian membran yang
meliputi uji SEM (scanning electron microscope), swelling degree, porositas air,
uji gugus fungsi dengan FTIR (Fourier Transform Infra Red) dan uji
konduktivitas ion. Hasil yang diharapkan pada penelitian ini adalah membran
memiliki nilai konduktivitas ion yang tinggi, swelling degree yang tinggi, serta
porositas yang besar sehingga baik digunakan untuk separator baterai ion-lithium.
Kata kunci: baterai ion-lithium, konduktivitas ion, membran penukar ion,
polistirena, separator
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
ii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan YME yang telah memberikan
rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penyusunan proposal
penelitian dengan judul “Modifikasi Membran Berbasis Polistirena untuk Baterai
Lithium”.
Penulis menyadari bahwa tanpa bantuan, dorongan, saran, dan nasehat dari
berbagai pihak, proposal ini tidak dapat terselesaikan dengan baik. Atas
bantuannya tersebut, penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada:
1. Dr. Putu Teta Prihartini Aryanti, S.T., M.T., selaku pembimbing, yang telah
memberikan motivasi, arahan dan nasihat sehingga proposal penelitian ini
terselesaikan dengan baik dan tepat waktu.
2. Orang Tua kami yang senantiasa memberikan doa, motivasi, serta dukungan
penuh sehingga kami dapat menyelesaikan proposal penelitian ini.
Tentunya proposal penelitian ini masih banyak kekurangan dan jauh dari
kesempurnaan. Untuk itu melalui kata pengantar ini penulis menerima kritik serta
saran yang membangun sehingga secara bertahap penulis dapat memperbaikinya.
Cimahi, Januari 2019
Penulis
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
iii
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ....................... Ошибка! Закладка не определена.
ABSTRAK .............................................................................................................. ii
KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii
BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1
1.1
Latar Belakang ......................................................................................... 1
1.2
Rumusan Masalah .................................................................................... 2
1.3
Tujuan Penelitian ...................................................................................... 2
1.4
Manfaat Penelitian .................................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 4
2.1
Membran Sebagai Separator Baterai Ion-Lithium ................................... 4
2.2
Pengembangan Membran Komposit Sebagai Separator Baterai .............. 6
2.3
Pengembangan Membran Penukar Ion Polistirena Untuk Separator
Baterai ...................................................................................................... 6
2.4
Komponen Penyusun Membran Polisiterna Penukar Ion ........................ 9
2.5
Metode Crosslink Untuk Pembuatan Polistirena/DVB ......................... 10
2.6
Karakterisasi Membran Separator Untuk Baterai Ion-Lithium .............. 11
BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................ 14
3.1
Ruang Lingkup dan Strategi Penelitian .................................................. 14
3.2
Alat dan Bahan ....................................................................................... 16
3.3
Variabel Penelitian ................................................................................. 16
3.4
Pembuatan Polistirena Ikat Silang .......................................................... 17
3.5
Pembuatan Polistirena Terikat Silang Tersulfonasi ............................... 17
3.6
Tahap Pembuatan Separator Membran Polistirena .. Ошибка! Закладка
не определена.
3.7
Tahap Karakterisasi dan Pengujian Membran Penukar Ion ................... 26
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 33
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
iv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Ilustrasi skematik dari baterai ion-lithium .......................................... 4
Gambar 2.2 Struktur polistirena .............................................................................. 8
Gambar 2.3 Struktur polistirena tersulfonasi .......................................................... 9
Gambar 2.4 Struktur PEG ..................................................................................... 10
Gambar 2.5 Diklorometana ................................................................................... 11
Gambar 3.1 Ruang lingkup dan strategi penelitian ............................................... 15
Gambar 3.2 Prosedur polimerisasi stirena dan crosslink ...................................... 18
Gambar 3.3 Prosedur Sulfonasi Crosslinked Polistirena ...................................... 19
Gambar 3.4 Prosedur pembuatan membran polistirena ........................................ 19
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
v
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Modifikasi membran dengan variasi polimer dan zat afitif .................... 6
Table 2.2 Modifikasi membran polistirena ............................................................. 7
Table 3.1 Variabel penelitian ................................................................................ 18
-
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
vi
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Keberadaan baterai ion-lithium saat ini dipandang sebagai salah satu
alternatif sistem penyimpan energi masa depan karena memiliki tingkat peluahan
yang rendah (low-self discharge rate), densitas energi yang besar, dan tidak ada
efek memori (Farooqui dkk., 2017). Adapun komponen penyusun baterai ionlithium adalah anoda, katoda, larutan elektrolit, dan separator. Dari berbagai
komponen yang terdapat pada baterai, separator berperan penting sebagai media
perpindahan ion-lithium ketika proses charge-discharge dan mencegah kontak
fisik antara anoda dan katoda. Separator baterai umumnya berupa polimer
padat,keramik dan membran, membran yang digunakan adalah membran penukar
ion yang berfungsi sebagai media untuk transport ion dan sekaligus sebagai
separator. Modifikasi membran telah dilakukan pada pengembangan dalam baterai
lithium penukar ion untuk meningkatkan konduktivitas ion, kekuatan mekanik,
stabilitas kimia dan elektrokimia, serta daya serap elektrolit (Yanilmaz dkk.,
2014).
Penambahan nanopartikel anorganik ke dalam struktur membran merupakan
salah satu teknik untuk memperbaiki sifat membran, terutama membran berbasis
polimer. Hasil modifikasi ini disebut sebagai membran nanokomposit yang
memiliki sifat mekanik, termal, dan elektrik yang baik, serta hidrofilisitas dan
porositas yang lebih baik dibandingkan dengan membran komposit konvensional
(Al Aani dkk., 2017).
Polimer yang umum digunakan dalam pembuatan membran penukar ion
adalah polyvinylidene fluorida (PVDF), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene
(PS), dan polyethylene (PE). Dari bahan-bahan tersebut, polistirena merupakan
polimer yang ketersediaannya cukup banyak di Indonesia salah satu produsen
polistirena P.T Royal Chemical Indonesia polistirena memiliki ketahanan termal
yang baik. Sehingga cocok digunakan sebagai bahan dasar separator baterai
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
1
Penelitian ini memanfaatkan polistirena lokal sebagai bahan baku
pembuatan membran untuk baterai ion-lithium yang dimodifikasi dengan
penambahan Resin Penukar ion. Untuk meningkatan ketahanan membran
polistirena dibuat dari proses ikat silang styrena dengan DVB. ZnO berfungsi
untuk pengisi ruang bebas dalam matriks polistirena untuk meminimalisasi
fenomena penyusutan membran, meningkatkan porositas membran serta
hidrofilisitas membran sehingga daya serap polimer terhadap larutan elektrolit
menjadi lebih tinggi. Selain penambahan Resin, membran komposit berbasis
polistirena juga terkadang dimodifikasi dengan penambahan polyvinyl pirolidon
(PVP) sebagai aditif pembentuk pori membran yang juga bersifat hidrofilik. Pada
tahap post-treatment, membran komposit polistirena akan disulfonasi untuk
memberikan muatan, sehingga proses perpindahan ion melalui membran menjadi
lebih baik. Diharapkan bahwa dengan modifikasi tersebut, membran komposit
berbasis polistirena lokal dapat digunakan sebagai alternatif separator baterai ionlithium dan dapat diproduksi oleh industri lokal di Indonesia, sehingga harga
membran yang lebih ekonomis.
1.2
Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang, maka rumusan masalah dalam penelitian ini
adalah mengamati pengaruh komposisi larutan membran terhadap morfologi
membran yang diamati melalui foto SEM dan karakteristik membran (porositas,
swelling degree, dan analisa gugus fungsi), serta pengaruh karakteristik membran
yang dihasilkan terhadap konduktivitas ion selama proses charge-discharge.
1.3
Tujuan Penelitian
Berdasarkan latar belakang dan rumusan masalah yang telah dijelaskan
tersebut maka tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan komposisi larutan
membran untuk menghasilkan membran komposit berbasis polistirena lokal yang
layak sebagai alternatif separator baterai ion-lithium.
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
2
1.4
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan memberi manfaat sebagai berikut:
1.
Mendorong produksi membran dalam skala produksi yang lebih besar oleh
manufaktur dalam negeri dengan harga membran yang lebih ekonomis
2.
Meningkatkan konduktivitas ion dan kekuatan mekanik membran
polistirena sehingga dapat digunakan separator baterai ion-lithium.
3.
Memaksimalkan penggunaan polimer dalam negeri sebagai bahan utama
membran penukar ion
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Membran Sebagai Separator Baterai Ion-Lithium
Penelitian tentang pengembangan baterai ion-lithium telah tumbuh pesat
seiring dengan meningkatnya kebutuhan akan perangkat telekomunikasi, peralatan
elektronik, hingga mobil listrik hybrid. Hal ini disebabkan karena beberapa
kelebihan yang dimiliki oleh baterai ion-lithium seperti: tidak adanya kebocoran
penukar ion, densitas energi yang besar, tidak ada efek memori, dan memiliki
tingkat peluahan yang rendah (low-self discharge rate). Baterai ion-lithium terdiri
dari empat komponen fungsional, yaitu anoda (elektroda negatif), katoda
(elektroda positif), larutan penukar ion, dan separator (Gambar 2.1). Perpindahan
ion-lithium (Li+) terjadi secara difusi melalui larutan penukar ion, di mana reaksi
kimia terjadi secara reversibel pada proses charging (pengisian ulang) dan
discharging atau kondisi pemakaian (Prihandoko dkk., 2007). Pada baterai jenis
ini elektroda negatif dibuat dari bahan yang aman seperti grafit atau karbon yang
dapat menginterkalasi ion-lithium dan menghindari terjadinya ledakan. Walaupun
kapasitas teoritis grafit lebih kecil tiga kali dibandingkan dengan logam lithium,
namun kapasitas grafit lebih besar dan lebih aman untuk digunakan.
e-
A
e-
e-
+
Separator
e-
-
Charge
Li+
Li+
Li+
Li+
Li+
Discharge
Katoda Larutan
LixFePO4 elektrolit
Membran
fiber
Membran
keramik
Anoda
Li(1-x)C6
Membran
polimer
Gambar 2.2 Ilustrasi skematik dari baterai ion-lithium
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
4
Selain katoda dan anoda, separator juga berperan penting yaitu sebagai
media pemisah antara dua elektroda dan juga sebagai media pembawa ion-lithium
selama proses charging-discharging. Berbagai faktor harus dipertimbangkan saat
memilih separator untuk dapat digunakan dalam baterai ion-lithium, diantaranya
adalah: (i) stabil secara kimia dan elektrokimia pada bahan penukar ion dan
elektrokimia, (ii) bersifat inert pada kondisi oksidasi kuat, (iii) tidak menghasilkan
hasil samping atau kotoran, yang bisa menyebabkan gangguan pada fungsi
baterai, (iv) memiliki hambatan ionik yang rendah, dan (iv) tahan terhadap sifat
korosif dan suhu tinggi (Lee dkk., 2014). Karena itu, pengembangan yang fokus
pada peningkatan performa separator dari berbagai jenis material terus
berkembang hingga saat ini.
Teknologi membran mulai banyak dikembangkan sebagai separator
baterai. Karena luas kontak yang besar. Pengembangan membran tersebut fokus
pada peningkatan kekuatan
mekanik dan stabil secara kimia serta memiliki
hambatan ionik yang rendah. Salah satu cara untuk mencapai tujuan tersebut
adalah meningkatkan porositas dan memberi muatan pada membran. Porositas
membran dapat ditingkatkan dengan mencampur polimer hidrofilik, PEG,PVP,
dan Resin.Terdapat beberapa jenis separator yang dibedakan berdasarkan sifat
fisik dan kimia nya (Arora dan Zhang, 2004). Berdasarkan bentuknya, separator
baterai di golongkan menjadi membran, membran bermuatan, non-woven,
supported liquid membrane, polimer elektrolit, dan konduktor ion padat
(Marfuatun, 2011). Separator tidak terlibat langsung dalam reaksi sel, namun
struktur dan sifatnya berperan penting dalam menentukan kinerja baterai,
termasuk umur baterai, keamanan, densitas energi, dan kerapatan daya.
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
5
2.2
Pengembangan Membran Komposit Sebagai Separator Baterai
Tabel 2.1 Modifikasi membran dengan variasi polimer dan zat afitif
No
1
Penelitian
Komposisi
Variasi
Hasil penelitian
Kim dkk.
PVDF-co-HFP dan
Konsentrasi
Meningkatkan
(2002)
TiO2-NPs
TiO2-NPs
konduktivitas ion,
stabilitas termal,
dan hidrofilisitas
membrane
2
I Made
SPS, PHB, dan
Konsentrasi
Meningkatkan
Arcana dkk
LiClO4
LiClO4
konduktivitas
(2014)
membran polimer
elektrolit, tetapi
menurunkan
kekuatan mekanik.
3
4
Bhabesh
Styrene + metyl
Perbandingan
Konduktivitas
Kumar Nath,
methane sulfonate
tekanan
proton tinggi
dkk. (2015)
(MMS)
parsial
(0,141 S/cm)
Liu dkk.
SiO2 dan
Memiliki tahanan
(2016)
PVDF/PAN
panas hingga
140°C dengan
uptake larutan
elektrolit hingga
246%
2.3
Pengembangan Membran Penukar Ion Polistirena Untuk Separator Baterai
2.3.1 Membran Polistirena
Material Utama pembuatan membran karena memiliki fleksibilitas, dan
pemisahan yang baik. Tetapi pada aplikasinya, membran polimer masih dibatasi
oleh keterbatasan sifat kimia, sifat mekanik dan ketahanan termal. Nafion® telah
digunakan sebagai konduktor proton dalam Proton Exchange Membrane/Polymer
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
6
Electrolyte Membrane Fuel Cells (PEMFC) karena memiliki nilai konduktivitas
ionik tinggi, stabilitas kimia, serta sifat mekanik yang tinggi. Namun harga
membran Nafion® masih mahal, dan kinerja membrannya menurun pada
temperatur diatas 80 °C , karena itu membran penukar ion berbasis Nafion® tidak
dapat digunakan pada temperatur operasi tinggi. Maka dari itu perlu alternatif
polimer yang tahan terhadap suhu tiggi . Salah satunya adalah polistirena.
Table 2.2 Modifikasi membran polistirena
No
1
Penelitian
Komposisi
Variasi
Hasil penelitian
Siti Anisa,
Polistirena,
Penambahan
Sifat
mekanik
dkk. (2016)
Polistirena
larutan
membran
Tersulfonasi, (PE-g-
supramolekular meningkat,
MAH), larutan
dan divinil
konduktivitas
supramolekular, dan
benzene
meningkat
(8.91×10-3 S/cm)
larutan divinil
benzene
2
3
Sri Pujiastuti,
High Impact
Konsentrasi
Nilai
dkk. (2005)
Polystyrene (HIPS)
campuran
konduktivitas
+ Polystyrene
bahan
meningkat (>=10-
Bimoda(PSBM) +
5
asam sulfat 60% SO3
Sifat
+ gas N2
meningkat
Rong-Qiang
PVC + Styrene(st) +
Ikat silang dengan
Fu, Jung-Je
DVB + Aldrich
DVB
Woo, Seok-
Penghilang inhibitor
meningkatkan
Jun Seo,Jae-
+ Termal inisiator
konduktivitas
Suk Lee,
BPO + Metanol +
stabilitas oksidaif
SeungHyeon
chlorosulfonic acid +
Moon
1,2-dikhloro
S/cm),
mekanik
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
7
2.3.2 Polistirena Tersulfonasi
Polistirena adalah sebuah polimer dengan monomer stirena, sebuah
hidrokarbon cair yang dibuat secara komersial dari minyak bumi. Polimer ini
merupakan plastik yang kuat dan murah, yang merupakan salah satu polimer
golongan vinil (Storbl 2007). Sifat-sifat yang dimiliki polistirena diantaranya
adalah berbentuk padat pada temperatur ruangan, termoplastik dan mencair pada
temperatur yang lebih tinggi (240 °C). Secara struktur, polistirena merupakan
rantai panjang hidrokarbon dengan gugus fenil yang berdekatan dengan setiap
atom karbon (Storbl, 2007)
Gambar 2.2 Struktur polistirena
Adanya gugus benzena pada rantai polistirena memungkinkan adanya
penambahan gugus samping pada polimer tersebut. Modifikasi secara sulfonasi
dapat dilakukan pada polistirena untuk menghasilkan polistirena tersulfonasi
(PST) (Makowski et al., 1975). Membran polistirena tersulfonasi memiliki
konduktivitas proton tinggi, biaya pembuatan yang cukup murah, serta bersifat
lebih fleksibel dibandingkan membran Nafion®. Namun, polistirena tersulfonasi
memiliki batasan derajat sulfonasi karena polimer dapat larut dalam air pada
derajat sulfonasi yang tinggi (Won et al., 2003). Derajat sulfonasi dapat dikontrol
sesuai keinginan dengan mengatur lama waktu polimerisasi dan jumlah agen
sulfonasi yang ditambahkan. Proses sulfonasi dapat dilakukan pada tahap awal
sintesis polimer yang akan disulfonasi atau pada polimer yang telah dihasilkan.
Struktur polistirena tersulfonasi seperti yang terlihat pada Gambar 3.
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
8
Gambar 2.3 Struktur polistirena tersulfonasi
Reaksi sulfonasi merupakan suatu reaksi substitusi yang bertujuan untuk
menggantikan atom H dengan gugus ~SO3H pada molekul organik melalui ikatan
kimia pada atom karbonnya. Polimer dan agen sulfonasi harus berada pada fase
yang sama. Pelarut yang digunakan tidak boleh bereaksi dengan polimer maupun
dengan agen sulfonasi. Polistirena tersulfonasi (PST) akan memiliki gugus ~SO3H
pada posisi para hasil dari ikatan silang. Adanya gugus ~SO3H menyebabkan
polistirena tersulfonasi mudah melepaskan ion H+. Kemudahan polimer untuk
melepaskan ion H+ mengakibatkan peningkatkan sifat konduktifitas ioniknya dan
menyebabkan PST bermuatan, sehingga dapat diaplikasikan menjadi membran
polimer elektrolit (PEM) untuk sel bahan bakar (Jamal dkk., 2007).
2.4
Komponen Penyusun Membran Polisiterna Penukar Ion
2.4.1 Resin Penukar Ion
Resin adalah senyawa hidrokarbon terpolimerisasi sampai tingkat yang
tinggi yang mengandung ikatan – ikatan hubung silang (cross-linking) serta
gugusan yang mengandung ion – ion yang dapat dipertukarkan (Lestari dan
Utomo, 2007). Terdapat dua jenis resin penukar ion, yaitu resin penukar kation
dan resin penukar anion. Pada resin penukar kation, kation yang terikat dalam
resin akan digantikan oleh kation yang terdapat pada larutan. Begitupun dengan
resin penukar anion. Penggunaan resin dapat dimanfaatkan untuk menghilangkan
molekul yang besar dari air misalnya asam humus, liqnin, dan asam sulfonat.
Selain itu resin juga umum digunakan untuk menghilangkan kesadahan pada air
(Wahono, 2007)
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
9
2.4.2
Polietilena glikol (PEG)
Polietilena glikol (PEG) merupakan senyawa polieter yang banyak
diaplikasikan dari industri manufaktur hingga obat-obatan. PEG juga dikenal
sebagai polietilen oksida (PEO) atau polioksietilen (POE), tergantung pada berat
molekulnya karena aplikasi yang berbeda membutuhkan panjang rantai polimer
yang berbeda juga. PEG biasa digunakan pada industri kimia, medis, biologis dan
komersial.
Gambar 2.4 Struktur PEG
2.4.3
Diklorometana
Diklorometana (DCM) atau metilena klorida adalah senyawa organik
dengan rumus kimia CH2Cl2. Senyawa ini merupakan senyawa tak berwarna dan
beraroma manis yang digunakan sebagai pelarut. Diklorometana tidak larut
sempurna dengan air, tetapi dapat larut dengan pelarut organik lainnya. Saat
pembuatan membran berlangsung, diklorometana yang berfungsi sebagai pelarut
dari agen sulfonasi dan polimer ditambahkan agar pencampuran bahan lebih
homogen.
1
Gambar 2.5 Diklorometana
2.5 Metode Crosslink (Ikat Silang) Untuk Pembuatan Polistirena/DVB
Metode ikat silang merupakan salah satu cara untuk mengatasi kelemahan
polistirena tersulfonasi (PST). Ikat silang adalah penggabungan rantai polimer
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
10
satu dengan yang lain atau sesama jenis melalui ikatan silang. Ikat silang juga
efektif dan sebagai cara yang umum untuk meningkatkan kekuatan mekanik,
mengurangi penggembungan dan meningkatkan durabilitas membran.
Telah banyak penelitian mengenai ikat silang PS (Polystyrene), salah
satunya penelitian mengenai PS dan DVB. Divinil benzen merupakan senyawa
yang memiliki dua gugus vinil (-HC=CH2). Sementara stirena, monomer
polystyrene, hanya memiliki satu gugus vinil. Aktivasi gugus vinil pada DVB dan
stirena menyebabkan adanya ikat silang. PS yang telah ter-ikat silang inilah yang
direaksikan dengan gugus sulfonat kemudian menghasilkan membran penukar
proton. Ikat silang ini dapat terjadi jika bahan baku yang digunakan adalah stirena,
Ikat silang tidak dapat terjadi jika DVB direaksikan dengan PSS. Selain DVB,
terdapat senyawa lain yang dapat membantu terjadinya ikatan silang. Senyawa
tersebut adalah SiO2 dan PPMA (phosporous pentaoxide methasulfonic acid).
2.6 Karakterisasi Membran Separator Untuk Baterai Ion-Lithium
Karakterisasi sampel dilakukan agar mengetahui sifat membran baik secara
fisik maupun kimia, sehingga membran tersebut dapat digunakan untuk separator
baterai ion-lithium. Analisis yang umum dilakukan untuk aplikasi membran
separator baterai yaitu morfologi membran menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM), analisis swelling degree, porositas membran, analisis gugus
fungsi dengan Ion exchange capacity (IEC), dan konduktivitas ion. Berikut
beberapa penjelasan tentang analisis tersebut:
2.6.1
Morfologi Membran
Morfologi dan struktur membran diamati menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM). SEM merupakan jenis mikroskop elektron yang dapat
menggambarkan bagian permukaan dan penampang melintang dari suatu sampel.
Elektron yang ditembakkan ke sampel akan berinteraksi dengan atom sehingga
sampel tersebut menghasilkan sinyal-sinyal yang membawa informasi mengenai
bagian permukaan sampel atau topografi sampel.
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
11
2.6.2
Swelling Degree Air Pada Membran
Nilai swelling degree merupakan parameter yang berhubungan dengan
penyerapan air oleh membran. Kandungan air yang tinggi dalam membran akan
memfasilitasi transport proton, akan tetapi jika air yang diserap tertalu banyak
akan menghasilkan membran yang secara mekanik kurang stabil karena sifat
hidrofil yang tinggi dari membran (Wicaksono, 2012). Parameter ini ditentukan
sebagai persen (%) perbandingan membran berat kering dengan berat membran
basah yang direndam di dalam air.
𝑆𝑤𝑒𝑙𝑙𝑖𝑛𝑔 𝑑𝑒𝑔𝑟𝑒𝑒 (%) =
2.6.3
𝑊𝑏𝑎𝑠𝑎ℎ − 𝑊𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔
𝑊𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔
× 100%
(1)
Porositas Membran
Pori dalam struktur membran harus memiliki ukuran yang lebih kecil dari
ukuran partikel pada komponen elektroda, karena berpengaruh terhadap kerja
separator. Separator baterai ion-lithium harus memiliki porositas minimal 40%
(Arifin dan Zainuri, 2014). Umumnya, ukuran pori separator membran untuk
baterai ion-lithium adalah kurang dari 1 µm (sub-mikron). Porositas separator
baterai akan menentukan seberapa mudah ion dapat bergerak bolak-balik antara
anoda dan katoda baterai. Separator dengan porositas yang tinggi dapat menyerap
lebih banyak arus penukar ion cair, karena penyerapan penukar ion yang besar
akan berpengaruh terhadap pembawa muatan ion (Li, 2011).
𝑃𝑜𝑟𝑜𝑠𝑖𝑡𝑎𝑠 =
𝑊𝑤 − 𝑊𝑑
𝜌𝑤 × 𝑉
× 100%
(2)
2.6.4 Konduktivitas Ion
Secara umum konduktivitas dipengaruhi oleh konsentrasi dari ion sebagai
pembawa muatan dan mobilitas ion-ion tersebut (Ratna, dkk, 2007). Pada kondisi
mobilitas ion yang sama, semakin besar jumlah ion Li+ dalam membran, maka
konduktivitasnya juga cenderung semakin meningkat. Pada membran penukar ion,
bentuk pembawa muatannya antara lain, anion tunggal, kation tunggal, dan
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
12
kluster-kluster ion. Konduktivitas ion-ion berhubungan dengan bagian-bagian dari
polimer. Mobilitas dari pembawa muatan ditentukan oleh lingkungan pembawa
muatan tersebut, interaksi antara ion-ion dengan polimer, fleksibiltas rantai
polimer dan karakteristik dari pembawa muatan, dan lain-lain.
𝜎 = 𝐿⁄𝑅. 𝐴
(3)
2.6.5 Ion-Exchange Capacity (IEC)
Ion-exchange capacity (IEC) atau kapasitas pertukaran ion merupakan
banyaknya ion yang dapat melewati membran penukar ion per unit berat pada
kondisi kering. IEC memiliki satuan milli equivalent per berat membran pada
kondisi kering (meq/g) (Dlugolecki P. E., 2009). IEC dapat ditentukan dengan
berbagai metode, salah satunya adalah dengan titrasi. Membran penukar kation
biasanya dipadukan dengan grup sulfonik dan grup karboksilik untuk membuat
membran menjadi lebih bermuatan negatif. Sedangkan untuk membuat membran
penukar anion lebih bermuatan positif, membran dipadukan dengan grup amina.
2.6.6 Permselektivitas Membran Penukar Ion
Ketika membran penukar ion mengalami kontak dengan elektrolit (larutan
garam), ion dengan muatan yang sama (co-ion) seperti ion tetap tidak dapat
melewati membran, sedangkan ion yang bermuatan berlawanan (counter-ion)
dapat melewati ion. Efek ini dikenal sebagai Donnan exclusion. Permselektivitas
suatu membran menggambarkan selektivitas dari membran penukar ion. Hal ini
menunjukkan kemampuan membran untuk membedakan ion yang memiliki
muatan yang berlawanan. (Długołęcki dkk., 2008)
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
13
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1
Ruang Lingkup dan Strategi Penelitian
Secara garis besar, untuk mendapatkan hasil sesuai dengan tujuan
penelitian, yaitu membuat membran penukar ion yang memiliki nilai
konduktivitas ion yang tinggi dan kekuatan mekanik yang baik, penelitian ini
akan dilakukan melalui empat tahap yaitu (1) polimerisasi stirena dan ikatan
silang, (2) sulfonasi polistirena (3) tahap pembuatan membran penukar ion
berbasis polistirena, dan (4) tahap karakterisasi dan pengujian membran. Pada
tahap pertama dan kedua dalam penelitian ini mengacu pada proses penelitian
terdahulu yang telah dilakukan oleh K.W. Pepper tahun 1951. Tahap pertama
adalah polimerisasi stirena dan menambahkan agen ikatan silang untuk
menggabungkan rantai polimer satu dengan yang lain. Tahap kedua adalah
sulfonasi polistirena untuk memberikan muatan pada polistirena. Selanjutnya,
tahap ketiga dilakukan pembuatan membran penukar ion dengan menggunakan
metode pencampuran (blending) dan immerse prepisitasi. Tahap keempat adalah
karakteristik dan pengujian membran terutama pada kondutivitas ion.
Karakteristik membran diamati melalui foto SEM (scanning electron
microscope), swelling degree pada air, dan porositas membran, serta gugus
fungsi membran. Tingkat kekuatan membran diuji dengan konduktivitas ion.
Hasil yang diharapkan pada tahap pertama hingga tahap keempat adalah
membran yang memiliki nilai konduktivitas ion yang tinggi, swelling degree
yang rendah, serta porositas yang besar sehingga baik digunakan untuk separator
baterai ion-lithium Adapun ruang lingkup dan strategi penelitian ditunjukkan
dalam Gambar 3.1.
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
14
TAHAP I :
POLIMERISASI STIRENA DAN
CROSSLINKED
Tujuan :
Untuk membentuk polistirena
sebagai bahan utama membran dan
untuk menggabungkan rantai polimer
satu dengan yang lain atau sesama
jenis melalui ikatan silang sehingga
dapat meningkatkan kekuatan
mekanik,mengurangi
penggembungan dan meningkatkan
durabilitas membran.
TAHAP III :
PEMBUATAN MEMBRAN
PENUKAR ION BERBASIS
POLISTIRENA
Pemilihan komposisi larutan
membran :
• PST : 10%
• Resin: 3% berat
• PEG-400: 5% berat
• Dikloerometan: 84% berat
TAHAP II :
SULFONASI POLISTIRENA
Tujuan :
1. Memberikan muatan pada polistirena
2. Menghasilkan membran polistirena
tersulfonasi yang memiliki konduktivitas
ion yang tinggi
TAHAP IV :
KARAKTERISASI DAN PENGUJIAN
MEMBRAN
1. Analisa morfologi membran dengan analisa
SEM
2. Analisa swelling degree dan porositas
membran
3. Analisa ion exchange capacity (IEC)
4. Uji konduktivitas ion
5. Permselektivitas membran
Tujuan :
1. Mendapatkan komposisi membran yang
baik dengan teknik modifikasi yang tepat
2. Mendapatkan membran dengan
konduktivitas ion yang tinggi dan kekuatan
mekanik yang baik
Gambar 3.1 Ruang lingkup dan strategi penelitian
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
15
3.2
Alat dan Bahan
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
a. Satu set alat casting
g. Pengaduk
b. Waterbath
h. Satu set alat titrasi
c. Stopwatch
i. Alat uji konduktivitas ion
d. Tabung reaksi
j. Scanning Electron Microscope (SEM)\
e. Oven
k. Pipet
f. Gelas Kimia
l Hot Plate
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah :
a. Stirena
g. Aquadest
b. Resin penukar ion
h.Diklorometan
c. Asam sulfat 2N
i Divinil benzene (DVB)
d. NaCl 2N
j Benzoil Peroksida
e. HCl 2N
k.Promulsin
f. PEG-400
3.3
Variabel Penelitian
3.3.1 Variabel :
a. Konsentrasi PEG-400 (0%, 5% berat)
b. Konsentrasi Resin Kation (0%, 3% berat)
a. 3.3.2 Variabel yang ditetapkan :
c. Polistirena (10% berat)
d. Diklorometana (84% berat)
3.4
Skema Alat
Gambar 3.1 Skema alat analisa konduktivitas
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
16
3.5
Prosedur Penelitian
Prosedur penelitian meliputi pembuatan polistirena ikat silang, sulfonasi
polistirena, pembuatan membran dan pengujian membran. Pada tahap awal
polistirena disulfonasi terlebih dahulu sebelum dibuat menjadi membran.
Berikut dijelaskan tentang prosedur-prosedur yang dilakukan pada penelitian
ini.
3.5.1 Pembuatan Polistirena Ikat Silang
Pembuatan polistirea ikat silang mengacu pada metode yang dilakukan oleh
( Pepper, K. W. ) (1951). Sebanyak 47 mL stirena, 3 mL larutan DVB (ca 33%
DVB) dan 0,5 gram benzoil peroksida ditambahkan pada tangki pengaduk yang di
dalamnya mengandung 450 mL larutan promulsin. Kemudian campuran diaduk
selama waktu tertentu. Setelah diaduk, campuran larutan direndam selama
semalam di oven pada suhu 80 °C. Produk dipanaskan dengan asam sulfat untuk
menghidrolisis Promulsin, kemudian disaring, dan dikeringkan pada suhu 50 °C.
3.5.2 Pembuatan Polistirena Terikat Silang Tersulfonasi
3 gram polistirena di timbang dan dimasukan ke dalam tabung reaksi.
Kemudian di tambahkan H2SO4 sebanyak 10 ml. Selanjutnya larutan tersebut
dipanaskan dalam waterbath pada suhu 85 °C selama 5 jam. Setelah di sulfonasi
polistirena di saring dan di cuci dengan Aqua DM. Kemudian produk tersebut di
masukan ke dalam oven selama 15 menit pada suhu 100oC.
3.5.3 Persiapan Membran Polistirena
Pembuatan separator membran polistirena mengacu pada metode yang
dilakukan oleh (Anisa, S., Erwin, dan Hendrana, S. 2016). Persiapan membran
dilakukan dengan melarutkan Polistirena tersulfonasi (PST) treikat silang dalam
pelarut Diklorometana dengan penambahan PEG-400 , Resin Penukar Ion sebagai
aditif, DVB, dan Inisiator. Selanjutnya larutan diaduk menggunakan pengaduk
sampai larutan membran homogen. Kemudian larutan membran di cetak pada plat
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
17
kaca dan di didiamkan hingga membran kering dan di lepas dari plat kaca.
Membran yng dihasilkan merupakan membran flat-sheet. Yang kemudian
dilakukan uji karakterisasi yang meliputi morfologi membran (SEM), swelling
degree, porositas, ion exchange capacity (IEC), serta uji konduktivitas ion.
Beberapa pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi
polistirena dan metode terikat silang terhadap karakteristik membran penukar ion
untuk separator baterry lithium berbasis polistirena.
3.5.6
Persiapan membran penukar ion
Persiapan membran penukar ion dilakukan berdasarkan peneliti terdahulu.
Membran flat sheet polistirena yang telah dihasilkan di potong dengan ukuran
panjang dan lebar 5× 5 cm. Kemudian di rendam dalam larutan HCL 1M selama
24 jam. Selanjutnya larutan membran tersebut di rendam dalan larutan NaCl 1M
selama 24 jam. Kemudian membran diangkat dan direndam menggunakan Aqua
DM untuk dilakukan analisa konduktivitas ion. Sementara larutan NaCl dari hasil
perendaman
membran,
selanjutnya
dititrasi
menggunakan
NaOH
untuk
mengetahui nilai transfer ion. Membran dengan nilai konduktivitas ion tertinggi
selanjutnya akan dianalisa lebih lanjut untuk mengetahui nilai permselektivitas
membran dan struktur dari membran tersebut menggunakan analisa SEM.
Variasi pembuatan membran penukar ion polistirena tersulfonasi disajikan
pada Tabel 3.1. Variasi pembuatan membran penukar ion polistirena meliputi
konsentrasi PST, konsentrasi PEG-400 dan penambahan Resin Kation dengan
pelarut Diklorometan.
Table 3.1 Variabel penelitian
PST
Resin
PEG400
Diklorom
(%w)
(%w)
(%w)
etan (%w)
PST Tersulfonasi
10
0
0
84
2
PST1 Tersulfonasi
10
0
5
84
3
PST Tersulfonasi
10
3
5
84
No
Kode Membran
1
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
18
Prosedur polimerisasi stirena dan ikat silang dapat dilihat dalam Gambar 3.2
Mulai
Pencampuran 47 mL stirena, 3 mL
larutan DVB (ca 33% DVB) dan 0,5
gram benzoil peroksida dengan 450 mL
larutan promulsin
Pengadukan larutan
dalam tangki pengaduk
dengan waktu 15 menit
Pemanasan produk dengan
asam sulfat
Pencucian secara menyeluruh
Penyaringan
Pengeringan pada suhu 50 °C
Perendaman larutan selama
semalam di oven pada suhu 80
°C
Ikat Silang
Polistirena
Gambar 3.2 Prosedur polimerisasi stirena dan ikat silang.
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
19
Prosedur sulfonasi polistirena terikat silang dapat dilihat dalam Gambar 3.
Mulai
Pencuian dengan aquadest
Gambar 3.4
Pemanasan 10 mL asam sulfat
pekat dan 3 gram
Mulaipolistirena pada
85 °C pada waterbath
Pemanasan selama 15 menit
menggunakan oven pada suhu
100oC
Pemanasan selama 5 jam
Sulfonasi Polistirena Terikat
Silang
Penyaringan polistirena
Gambar 3.3 Prosedur Sulfonasi Polistirena Terikat Silang
Prosedur pembuatan membran polistirena dapat dilihat dalam Gambar 3.4
Mulai
Pencampuran polistirena tersulfonasi
(PST) terikat silang dan aditif dalam
pelarut diklorometan pada komposisi
84 % berat
Pengadukan larutan
dalam tangki
pengaduk selama 6
jam
Diamkan larutan
selama 24 jam
Persiapan alat casting membran
Penuangan larutan membran
diatas alat casting dan percetakan
membran flat-sheet
Pengeringan membran pada suhu
ruangann 45 menit
Pengujian dan Analisa
Gambar 3.4 Prosedur pembuatan membran polistirena
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
20
Prosedur Pembuatan membran polistirena dapat dilihat dalam Gambar 3.5
Mulai
Pencampuran polistirena tersulfonasi
(PST) di tambah dengan 3ml DVB,
0,5 gram benzoil perokisda dan aditif
dalam pelarut diklorometan pada
komposisi 84% berat
Pengadukan larutan
dalam tangki
pengaduk selama 6
jam
Persiapan alat casting membran
Penuangan larutan membran
diatas alat casting dan percetakan
membran flat-sheet
Pengeringan membran pada suhu
ruangann 24 jam
Pengujian dan Analisa
Diamkan larutan
selama 30 menit
Gambar 3.5
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
21
Prosedur pembuatan membran polistirena dengan perbandingan 1/3 dapat
dilihat pada Gambar 3.6
Mulai
Pencampuran polistirena tersulfonasi
(PST) di tambah dengan 1ml larutan
DVB, 0,16 gram benzoil perokisda
dan 15,6 ml larutan sirena dalam
pelarut diklorometan pada komposisi
84% berat
Pengadukan larutan
dalam gelas kimia
selama 2 jam pada
suhu 35ºC
Persiapan alat casting membran
Penuangan larutan membran
diatas alat casting dan percetakan
membran flat-sheet
Pengeringan membran pada suhu
60 ruangann 24 jam
Pengujian dan Analisa
Diamkan larutan
selama 30 menit
Gambar 3.6
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
22
Prosedur pembuatan membran polistirena dengan perbandingan 1/5 dapat
dilihat pada Gambar 3.8
Mulai
Pencampuran polistirena tersulfonasi
(PST) di tambah dengan 0,2 ml
larutan DVB, 0,1 gram benzoil
perokisda dan 9,4 ml larutan sirena
dalam pelarut diklorometan pada
komposisi 84% berat
Pengadukan larutan
dalam labu leher tiga
selama 2 jam pada
suhu 35ºC
Persiapan alat casting membran
Penuangan larutan membran
diatas alat casting dan percetakan
membran flat-sheet
Pengeringan membran pada suhu
60 ruangann 24 jam
Pengujian dan Analisa
Diamkan larutan
selama 30 menit
Gambar 3.6
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
23
Prosedur pembuatan membran polistirena dengan perbandingan 2/ 3 dapat
dilihat pada Gambar 3.9
Mulai
Pencampuran polistirena tersulfonasi
(PST) di tambah dengan 2ml larutan
DVB, 0,33 gram benzoil perokisda
dan 31,3 ml larutan sirena dalam
pelarut diklorometan pada komposisi
84% berat
Pengadukan larutan
dalam labu leher tiga
selama 2 jam pada
suhu 35ºC
Persiapan alat casting membran
Penuangan larutan membran
diatas alat casting dan percetakan
membran flat-sheet
Pengeringan membran pada suhu
60 ruangann 24 jam
Pengujian dan Analisa
Diamkan larutan
selama 30 menit
Gambar 3.9
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
24
Prosedur analisa wettability dan porositas membran dapat dilihat dalam Gambar
3.10
Mulai
Membran direndam dalam n-butanol
selama 24 jam dan ditimbang sebagai
membran basah
Membran dikeringkan di dalam oven
dengan suhu 50°C selama 24 jam dan
ditimbang sebagai berat kering
Dilakukan perhitungan wettability dan
porositas
Gambar 3.10 Prosedur analisa wettability dan porositas membran
Prosedur persiapan uji performa membran dapat dilihat dalam Gambar 3.11
Mulai
Membran direndam di dalam HCl
selama 24 jam
Membran direndam di dalam NaCl
selama 24 jam
Analisa Uji Performa Membran
Gambar 3.11 Prosedur persiapan uji performa membran
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
25
3.6
Tahap Karakterisasi dan Pengujian Mebran Penukar Ion
3.6.1 Analisa SEM (Scanning Electron Microscope)
Analisa SEM dilakukan untuk memperoleh informasi tentang bentuk
struktur (morfologi) penampang membran, dengan pembesaran 1000x.
3.6.2
Swelling degree dan Porositas Membran
Swelling degree membran penukar ion ditentukan dengan mengukur rasio
berat membran ketika terisi oleh air (kondisi basah), Wbasah, dan berat kering
(setelah dikeringkan dalam oven), Wkering. Swelling degree pada membran dapat
dihitung dengan menggunakan persamaan (1).
Untuk mengetahui ukuran pori maka porositas membran dihitung dengan
menggunakan persamaan (2)
w adalah densitas air murni (kg/m3), membran ketika terisi oleh air (kondisi
basah), Ww, dan berat kering (setelah dikeringkan dalam oven), Wd. dan V adalah
volume membran basah (m3). 1.
3.6.3
Konduktivitas Membran Penukar Ion
Konduktivitas membran (, S/cm) diukur menggunakan persamaan (3).
di mana L adalah jarak antar elektroda (cm), R adalah hambatan yang terukur
(ohm), dan A adalah luas membran (cm2).
3.6.4 Ion Exchange Capacity (IEC)
Ion exchange capacity (IEC) atau kapasitas pertukaran ion positif dan
negatif ditentukan dengan metode titrasi asam-basa dan dihitung dengan
persamaan (3) (Barique, dkk., 2010)
𝐼𝐸𝐶 =
𝐶 ×𝑉
𝑊
(3)
dimana IEC = kapasitas penukar ion (meq/g), C = konsentrasi molar titran (M),
dan W adalah berat membran (gram)
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
26
3.6.5 Permselektivitas Membran Penukar Ion
Permselektivitas
membran
penukar
ion
ditentukan
berdasarkan
pengukuran beda potensial membran yang diukur pada larutan NaCl 0,1 M dan
0,5 M. Kedua larutan tersebut diletakkan di dalam sel uji. Kemudian, diukur nilai
potensial listrik yang terbentuk (Vo, volt) menggunakan voltmeter. Dari data
tersebut nilai permselektivitas membran rata-rata (Ps) dapat dihitung dengan
persamaan (Długołęcki dkk., 2008)
𝑉𝑜 = 𝑁
𝑅𝑇
𝐹
𝑎
(2𝑃𝑠) ln ( 1 )
𝑎
2
(5)
dengan:
N = jumlah pasangan membran penukar ion
R = konstanta gas ideal (8,314 J/(mol.K))
T = temperatur absolut (298 K)
F = konstanta Faraday (96.485 C/mol)
Ps = permselektivitas membran rata-rata (-)
a1 = koefisien aktivitas larutan 1 atau NaCl 0,5 M (mol/L)
a2 = koefisien aktivitas larutan 2 atau NaCl 0,1 M (mol/L).
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
27
BAB IV
HASIL PERCOBAAN
Pada penelitian ini membran polistirena terikat silang di buat melalui tiga
cara. Yang pertama adalah dengan crosslink intituent, yang ke dua adalah dengan
crosslink menggunakan methanol, dan yang ketiga adalah dengan polistirena
4.1
Pemilihan Komposisi Bahan Dan Pelarut
Pada penelitian ini telah digunakan bahan dan pelarut yang digunakan
untuk menghasilkan membran yang optimal. Bahan dan pelarut yang digunakan
adalah DVB, benzoil peroksida resin, PEG-400 dan pelarut metanol, dan
diklorometana.
No
1
Variasi
Keterangan
PST Crosslink 10 %
PEG 400 0%
Resin Penukar Ion 0%
Diklorometan :90%
Terdapat serbuk dalam
permukaan membran dan
membran bersifat getas
Tidak bisa dicasting
.
2
3
PST 10 %
PEG 400 5 %
Resin Penukar Ion 3%
Metanol 82%
PST 10 %
PEG 400 0 %
Resin Penukar Ion 0%
Diklorometan 84%
Hasil
Dapat di casting tetapi tidak
dapat menjadi membran
karena saat di lepas
berbentuk bubuk
Membran dapat di casting
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
28
4
5
6
7
8
PST 10 %
PEG 400 0
Resin Penukar Ion 3 %
Diklorometan 84%
PST 10 %
PEG 400 5% %
Resin Penukar Ion 0 %
Diklorometan 84%
PST 10 %
PEG 400 0%
Resin Penukar Ion %
Diklorometan 84 %
Perbandingan 1/5
DVB 0,6 ml
Stirena 9,4 ml
Benzoil Peroksida 0,1 gram
PST 10 %
PEG 400 0%
Resin Penukar Ion %
Diklorometan 84 %
Perbandingan 1/3
DVB 1 ml
Stirena 15,6 ml
Benzoil Peroksida 0,16 grarm
PST 10 %
PEG 400 0%
Resin Penukar Ion %
Diklorometan 84 %
Perbandingan 2/3
DVB 2 ml
Stirena31,3 ml
Benzoil Peroksida0,3 gram
Membran dapat di casting
tetapi pada permukaan
membran kasar
Membran dapat di casting dan
permukaan membran halus
Membran dapat di casting dan
tidak bersifat getas tetapi
membran sangat tipis
Membran dapat di casting
tetapi membran bersifat getas
Membran dapat di casting dan
membran tidak bersifat getas
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
29
4.2
Penentuan Wettability dan Porositas Membran
Proses swelling pada membran bertujuan untuk menghantarkan proton yang dihasilkan
di bagian anode yang tertahan dalam membran dan dialirkan menuju katoda. Hal ini
ditentukan dengan menghitung nilai wettability membran. Berdasarkan nilai wettability
terlihat bahwa membran memiliki kemampuan menyerap air ke dalam pori membran
yang ditandai dengan adanya peningkatan berat membran basah (Wd), walaupun tidak
terlalu besar (Pramesti, 2012).
4.3
Analisa Ion Exchange Capacity (IEC)
4.4
Analisa Konduktivitas dan Permselektiv itas
Konduktivitas membran (σ) adalah parameter penting dalam pemilihan
membran penukar ion. Konduktivitas menunjukkan kemampuan suatu membran
dalam menghantarkan ion, sehingga semakin besar nilainya, maka performa
membran semakin baik (Putro, 2013). Analisa konduktivitas dilakukan dengan
mengalirkan NaCl 0,5 M pada stack berisi membran yang diberi muatan listrik..
Nilai konduktivitas ion yang dihasilkan pada membran akan berhubungan dengan
nilai IEC dan wettability membran.
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
30
BAB V
KESIMPULAN
5.1
Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Komposisi polistirena tersulfonasi ditambah dengan stirena dan dvb dengan
perbandingan 2/3 menghasilkan membran dengan konduktivitas terbesar yaitu
1,221 mS/cm.
2. Penambahan stirena dapat meningkatkan wettability dan porositas dan swelling
degree membran.
3. Penambahan zat resin dan PEG 400 dalam larutan membran dapat
memungkinkan terjadinya penggumpalan dalam struktur membran.
5.2
Saran
Adapun saran yang dapat disampaikan untuk penelitian selanjutnya adalah:
1. Dilakukan penelitian lebih lanjut untuk memilih pelarut yang lebih tepat untuk
croosslink polistirena.
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
31
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
32
DAFTAR PUSTAKA
Al Aani S., Wright C. J., Atieh M. A. dan Hilal N., (2017): Engineering
nanocomposite membranes: Addressing current challenges and future
opportunities, Desalination, 401, 1-15
Anisa, S., Erwin, dan Hendrana, S. (2016). Pembuatan dan Pengukuran Sifat
Kelistrikan Membran Fuel Cell dengan Struktur Supramolekular dan Ikatan
Silang. Riau: Perpustakaan Universitas Riau.
Arcana, I. M., Bundjali, B., dan Hariyawati, N. K. (2014). Preparation of
Polymers Electrolyte Membranes for Lithium Battery from Styrofoam Waste.
Advanced Materials Research, 875-877, 1529-1533.
Arifin, D. E. dan Zainuri, M. (2014). Karakterisasi Sifat Separator Komposit
PVDF/poli(dimetilsiloksan)
Dengan
Metode
Pencampuran
Membran
(Blending Membrane). Sains Dan Seni Pomits Vol.3, No.2, 1.
Arora, P., Zhang, Z.J. (2004). Battery Separator, Chemical Reviews. 104, 44194462
Farooqui U. R., Ahmad A. L. dan Hamid N. A., (2017): Challenges and potential
advantages of membranes in lithium air batteries: A review, Renewable and
Sustainable Energy Reviews, 77(Supplement C), 1114-1129
H. Li, Y.-M. Chen, X.-T. Ma, J.-L. Shi, B.-K. Zhu, L.-P. Zhu, Gel polymer
electrolytes based on active PVDF separator for lithium ion battery.
I:Preparation and property of PVDF/poly(dimethyl siloxane) blending
membrane, J. Membr. Sci 379 (2011) 397–402
Jamal R. dan Emir., (2007): Pembuatan membran fuel cell dari limbah plastik
LDPE (Low Density Poly-Ethylene), ITB-PT. Rekayasa Industri
Kesting, R. E. 1971. Synthetic Polymeric Membranes. New York: McGraw- Hill
Book Company
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
33
Kim K. M., Park N.-G., Ryu K. S. dan Chang S. H., (2002): Characterization of
poly(vinylidenefluoride-co-hexafluoropropylene)-based polymer electrolyte
filled with TiO2 nanoparticles, Polymer, 43(14), 3951-3957
Lee H., Yanilmaz M., Toprakci O., Fu K. dan Zhang X., (2014): A review of
recent developments in membrane separators for rechargeable lithium-ion
batteries, Energy & Environmental Science, 7(12), 3857-3886
Liu L., Wang Z., Zhao Z., Zhao Y., Li F. dan Yang L., (2016): PVDF/PAN/SiO2
polymer electrolyte membrane prepared by combination of phase inversion and
chemical reaction method for lithium ion batteries, Journal of Solid State
Electrochemistry, 20(3), 699-712
Makowski, H. S., R. D. Lundberg and J. Bock, 1975, Process For The Sulfonation
of An Elastomeric Polymer, US. Patent, No. 4184988.
Marfuatun. (2011). Membran Elektrolit Untuk Aplikasi Baterai Ion Lithium. 3.
Nath, B. K., Khan, A., dan Chutia, J. (2015). Composite Plasma Polymerized
Sulfonated Polystyrene Membrane for PEMFC. Materials Research Bulletin,
70, 887-895.
Pepper, K. W. (1951). Sulphonated Cross-linked Polystyrene: A Monofunctional
Cation-Exchange Resin. J. appl. Chem., I, 8.
Prihandoko B., Wigayati E. M. dan Nurhayati N., (2007): Pengaruh Penambahan
LiClO4 pada Pembuatan Komposit Anoda Grafit Bermatrik Polimer, Jurnal
Fisika dan Aplikasinya, 3(1), 070109| 070101-070106
Pujiastuti, S., Hendrana, S., dan Indriyati. (2005). Membran Fuel Cell dari
Polistiren Tersulfonasi. Prosiding Simposium Nasional Polimer V, 235-239.
Ratna, D., Divekar, S., Patchaiappan, S., Samui, A.B., Chakraborty, B.C. (2007).
Poly(ethylene oxide)/Clay Nanocomposites for Solid Polymer Electrolyte
Applications. Polymer International, 56, 900-904
Shen X., Mu D., Chen S., Wu B. dan Wu F., (2013): Enhanced electrochemical
performance of ZnO-loaded/porous carbon composite as anode materials for
lithium ion batteries, ACS applied materials & interfaces, 5(8), 3118-3125
Shi C., Dai J., Shen X., Peng L., Li C., Wang X., Zhang P. dan Zhao J., (2016): A
high-temperature stable ceramic-coated separator prepared with polyimide
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
34
binder/Al 2 O 3 particles for lithium-ion batteries, Journal of Membrane
Science, 517, 91-99
Strobl G. (2007). The Physics of Polymer: Concepts for Understanding Their
Structures and Behavior. New York: Springer Berlin Heilderberg
Wang Y.-C., Li S.-S., Wen C.-Y., Chen L.-Y., Ho K.-C. dan Chen C.-W., (2016):
Dual Functional Polymer Interlayer for Facilitating Ion Transport and
Reducing Charge Recombination in Dye-Sensitized Solar Cells, ACS applied
materials & interfaces, 8(49), 33666-33672
Wicaksono, Aris. (2012). Sintesis Dan Karakterisasi Membran Komposit
Polistirena Tersulfonasi Dengan Zeolit Untuk Aplikasi Membran Polimer
Elektrolit, Unpublished skripsi, Universitas Sebelas Maret.
Won, J. et al., (2003) Structural characterization and surface modification of
sulfonated polystyrene–(ethylene–butylene)–styrene triblock proton exchange
membranes. J. Membrane Sci, 214, 245–246
Yanilmaz M., Lu Y., Dirican M., Fu K. dan Zhang X., (2014): Nanoparticle-onnanofiber hybrid membrane separators for lithium-ion batteries via combining
electrospraying and electrospinning techniques, Journal of Membrane Science,
456, 57-65
Yanilmaz M., Lu Y., Zhu J. dan Zhang X., (2016): Silica/polyacrylonitrile hybrid
nanofiber membrane separators via sol-gel and electrospinning techniques for
lithium-ion batteries, Journal of Power Sources, 313, 205-212
Karena memiliki pertukaran ion yang baik maka adapat di gunakan sebagai
alternatif untuk separtor baterai
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
35
LAMPIRAN A
DATA LITERATUR
Pada penelitian ini diperlukan beberapa data literatur untuk menunjang dan
membantu perhitungan data analisa seperti berikut ini
a. Densitas polistirena
: 1,04 g/cm3
b. Densitas bu tanol
: 0,81 g/cm3
c. Kecepatan aliran volumetrik NaCl
: 2 mL/detik
d. Berat molekul NaOH
: 40 gram/mol
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
36
LAMPIRAN B
DATA PERCOBAAN
B.1 Data Analisa Wettability dan Porositas
B.2
Data Analisa Ion Exchange Capacity (IEC)
B.2.1 Data Hasil Perendaman Membran di Larutan HCl
Data hasil pengamatan pH dan massa membran sebelum dan setelah
direndam oleh HCl yang dilakukan untuk melengkapi data yang dibutuhkan pada
perhitungan IEC ditunjukkan pada Tabel B.2 berikut ini.
Tabel B.2
Kode Membran
Berat Awal
(gram)
Berat Akhir (gram)
pH
resin
peg
tanpa
1;3
2;3
1;5
0,378
0,385
0,202
0,189
0,102
0,278
0,630
0,712
0,523
0,345
0,459
0,344
0
0
0
0
0
0
B.2.2 Data Hasil Perendaman Membran di Larutan NaCl
Data hasil pengukuran volume NaCl sebelum perendaman dan setelah
pencucian membran untuk melengkapi data yang dibutuhkan pada perhitungan
IEC ditunjukkan pada Tabel B.3 berikut ini.
Tabel B.3
Kode Membran
Volume NaCl (mL)
resin
peg
tanpa
1;3
2;3
1;5
60
60
60
60
60
60
Volume Setelah
Pencucian (mL)
80
80
80
85
85
85
pH
8
8
8
8
8
8
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
37
B.2.1 Data Hasil Titrasi
Data hasil pengamatan volume titrasi menggunakan NaOH 1M untuk
melengkapi data yang dibutuhkan pada perhitungan IEC ditunjukkan pada Tabel
B.4 berikut ini.
Tabel B.4
Kode Membran
Resin
Peg
Tanpa
1;3
2;3
1;5
v1 (ml)
2
3
1
1
1
1
v2 (ml)
3
2
1
1
1
1
v3 (ml)
2
2
2
1
1
1
v rata2
2,3
2,3
1,3
1,0
1,0
1,0
B.3 Data Analisa Konduktivitas
B.3.1 Hasil Penyaringan pada Larutan NaCl 0,5 Molar
Data hasil pengukuran arus dan voltase pada saat penyaringan menggunakan
membran pada larutan NaCl 0,5 Molar untuk melengkapi data yang dibutuhkan
pada perhitungan konduktivitas ion ditunjukkan pada Tabel B.5 hingga Tabel
B.14 berikut ini.
Tabel B.5 Hasil Penyaringan Membran Kosong
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
38
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
39
Tabel B.6 Hasil Penyaringan Membran PST dengan Resin
I
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
V
0,9
1
1,1
1,3
1,5
1,7
1,8
1,9
2
2,1
2,3
2,4
2,5
2,7
2,8
2,9
3
3,1
3,2
3,3
3,4
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
2,1
2,2
2,3
2,4
2,5
2,6
2,7
2,8
2,9
Vav
0,9
1
1,1
1,25
1,4
1,55
1,65
1,75
1,85
1,95
2,1
2,2
2,3
2,45
2,55
2,65
2,75
2,85
2,95
3,05
3,15
Tabel B.1 Hasil Penyaringan Membran PST dengan PEG-400
I
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
V
0,01
0,5
0,9
1,1
1,3
1,8
2,5
2,8
0,01
0,5
0,9
1,2
1,8
2
2,1
2,8
Vav
0,01
0,5
0,9
1,15
1,55
1,9
2,3
2,8
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
40
Tabel B.2 Hasil Penyaringan Membran PST tanpa Resin dan PEG-400
I
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
V
3,2
3,4
3,6
3,8
3,9
4
4,2
4,3
4,4
4,5
4,7
4,8
4,9
5
5,1
5,2
3,2
3,5
3,7
3,8
4
4,1
4,2
4,3
4,5
4,6
4,7
4,9
5
5,1
5,2
5,3
Vav
3,2
3,45
3,65
3,8
3,95
4,05
4,2
4,3
4,45
4,55
4,7
4,85
4,95
5,05
5,15
5,25
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
41
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
42
Tabel B.3 Hasil Penyaringan Membran PST 1/3
I
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
2
V
4,2
4,6
4,9
5
5,2
5,3
5,5
5,6
5,7
5,9
6
6,1
6,2
6,4
6,5
6,6
6,7
6,8
6,9
7
7
4,3
4,7
5
5,3
5,4
5,5
5,6
5,7
5,8
5,9
6
6,2
6,3
6,4
6,5
6,6
6,7
6,8
6,9
7
7,1
Vav
4,25
4,65
4,95
5,15
5,3
5,4
5,55
5,65
5,75
5,9
6
6,15
6,25
6,4
6,5
6,6
6,7
6,8
6,9
7
7,05
Tabel B.4 Hasil Penyaringan Membran PST5
B.4 Data Ketebalan Membran
B.5 Data Potensial Listrik yang Terbentuk
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
43
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
44
LAMPIRAN C
PERHITUNGAN ANTARA
C.1 Wettability dan Porositas
Berdasarkan hasil perhitungan untuk analisa wettability dan porositas
masing-masing ditampilkan dalam Tabel C.1 dan Tabel C.2
Tabel C.1 Hasil Perhitungan Analisa Wettability
C.2 Ion Exchange Capacity (IEC)
Berdasarkan hasil perhitungan untuk analisa IEC maka dapat dilihat pada
Tabel C.3 untuk nilai transfer ion dari masing-masing membran yaitu sebagai
berikut.
C.3 Tabel C.2 Hasil Perhitungan Analisa IEC
C.4 Konduktivitas Ion
Hasil analisa konduktivitas ion diperoleh dengan terlebih dahulu
menghitung areal resisten dan hambatan seperti yang ditunjukan pada Tabel C.4.
Setelah melakukan perhitungan tersebut, maka diperoleh nilai konduktivitas ion
untuk masing-masing membran seperti pada Tabel C.5 berikut ini.
Tabel C.3 Hasil Perhitungan Areal Resisten dan Hambatan
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
45
LAMPIRAN D
CONTOH PERHITUNGAN
D.1 Wettability dan Porositas
Contoh perhitungan wettability menggunakan membran PST ditambah resin
Wettability (%) =
Wettability (%) =
𝑊𝑏𝑎𝑠𝑎ℎ − 𝑊𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔
𝑊𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔
0,445−0,378
0,378
× 100%
× 100%
Wettability (%) = 7,22%
Contoh perhitungan porositas menggunakan membran PST ditambah resin
Porositas (%) =
𝑊𝑏𝑎𝑠𝑎ℎ−𝑊𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔
𝜌 𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
𝑊𝑏𝑎𝑠𝑎ℎ−𝑊𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔
𝑊𝑘𝑒𝑟𝑖𝑛𝑔
(
)+(
)
𝜌 𝑏𝑢𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙
𝜌 𝑝𝑜𝑙𝑖𝑠𝑡𝑖𝑟𝑒𝑛𝑎
Porositas (%) =
0,445 − 0,378
0,810
0,445−0,378
0,378
(
)+(
)
0,810
1,04
× 100%
× 100%
Porositas (%) =20,30%
D.2 Ion Exchange Capacity (IEC)
Contoh perhitungan IEC menggunakan membran PST ditambah dengan resin
IEC
=
𝐶×𝑉
𝑊
0,01 ×2,333
IEC
=
IEC
= 6,17 × 10-2 meq/g
0,378
D.3 Konduktivitas Ion
Contoh perhitungan konduktivitas ion menggunakan membran PST ditambah
dengan resin
R
= 𝑟 × 𝐴 = 0,9992 × 25 = 24,948
Rm
= 𝑅 𝑚𝑒𝑚𝑏𝑟𝑎𝑛 − 𝑅 𝑚𝑒𝑚𝑏𝑟𝑎𝑛 𝑏𝑜𝑙𝑜𝑛𝑔
Rm
= 24,948 − 23,95 = 0,998
σ
= 𝑅𝑚 𝑥 𝐴
𝐿
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
46
0,01
σ
= 0,998 × 25 = 0,0004 S/cm = 0,401 mS/cm
D.4 Permselektivitas Membran
Contoh perhitungan permselektivitas membran menggunakan membran PST
ditambah dengan resin
𝑉𝑜 = 𝑁
𝑅𝑇
𝑎1
(2𝑃𝑠) ln ( )
𝐹
𝑎2
8,5𝑥10−3 = (1) (
8,314 𝑥 298
0,688
) (2𝑥𝑃𝑠) ln
96485
0,4344
𝑃𝑠 = 0,355
PENGEMBANGAN MEMBRAN PENUKAR ION KOMPOSIT BERBASIS
POLISTIRENA TERIKAT SILANG TERSULFONASI
47