bab i pendahuluan

1
BAB I
PENDAHULUAN
I.1
Latar Belakang
Pemanasan global merupakan salah satu masalah besar yang terjadi di
lingkungan karena mengakibatkan beberapa dampak lingkungan seperti
meningkatnya permukaan air laut, menurunkan kadar garam (salinitas) lautan,
mengubah sirkulasi laut, dan membawa panas dari daerah tropis ke daerah kutub
yang akan menyebabkan melelehnya es di kutub. Pemanasan global merupakan
suatu keadaan naiknya suhu permukaan bumi karena adanya peningkatan emisi gas
rumah kaca yang dihasilkan dari aktivitas makhluk hidup seperti penggunaan energi
dari bahan bakar fosil (Dincer dkk., 2013). Kenaikan suhu di permukaan bumi pada
abad ke-20 telah mencapai 0,42-0,75
ο
C (Voiland, 2015). Kenaikan suhu
disebabkan oleh peningkatan emisi gas rumah kaca seperti gas karbon dioksida, uap
air, metana, dan gas terfluoronasi (Dincer dkk., 2013).
Karbon dioksida diperlukan dalam proses fotosintesis karena tumbuhan
menggunakan energi matahari, karbon dioksida, dan air untuk menghasilkan energi
kimia yang berguna bagi aktivitas makhluk hidup (Goli dkk., 2016). Walaupun
mempunyai manfaat yang besar, karbon dioksida yang berasal dari beberapa
sumber seperti energi listrik dan panas, transportasi, industri, dan lain-lain
merupakan salah satu penyumbang terbesar dalam pemanasan global. Rata-rata
konsentrasi CO2 secara global di udara lingkungan dapat dilihat pada Gambar I.1
dan Tabel I.1.
Beberapa cara yang digunakan untuk mengurangi emisi CO2 yaitu
meningkatkan
efisiensi
pasokan
energi
yang
diperlukan,
meningkatkan
ketergantungan pada energi terbarukan dan energi nuklir, dan Carbon Capture and
Storage (CCS). Dari ketiga cara yang telah disebutkan, CCS merupakan cara yang
dinilai paling praktis untuk mengurangi emisi CO2 dalam jangka waktu yang lama
(Spigarelli dan Kawatra, 2013).
2
Gambar I.1
Konsentrasi CO2 secara global di udara lingkungan (Dlugokencky
dan Tans, 2016)
Tabel I.1 Rata-rata konsentrasi CO2 tiap tahun secara global (Dlugokency
dan Tans, 2016)
Tahun
Rata-rata konsentrasi
CO2 (ppm)
2011
390,45
2012
392,48
2013
395,25
2014
397,15
2015
399,42
2016 (Sampai bulan Mei)
403,38
Alginat memiliki gugus hidroksil dan karboksil yang berguna dalam
adsorpsi CO2 (Zhu dkk., 2013). Pektin yang juga mempunyai gugus hidroksil dan
karboksil akan membentuk pita polimer kaku yang lebih kohesif, sehingga
3
menambah kapasitas adsorpsi CO2 (Alborzi, 2012). Membran berbahan dasar
alginat tertaut silang natrium tartarat (Na-Alg/ST) untuk adsorpsi CO2 telah
dilakukan oleh Zhu dkk. (2013). Proses adsorpsi oleh membran Na-Alg/ST
membutuhkan waktu relatif lama karena adsorpsi CO2 berlangsung proses difusi
antara CO2 dengan gugus-gugus aktif pada alginat, sehingga diperlukan
pengembangan metode dan teknologi adsorpsi untuk mempersingkat waktu
adsorpsi. Teknologi adsorpsi yang banyak dikembangkan saaat ini adalah
electrospinning nanofiber.
Beberapa tahun terakhir, nanomaterial banyak diaplikasikan sebagai
adsorben karena mempunyai sifat-sifat yang mendukung seperti luas permukaan
yang besar, aktifitas kimia yang tinggi, serta kapasitas adsorpsi yang besar (Zhai
dkk., 2006). Nanomaterial dibagi menjadi beberapa kelompok berdasarkan aplikasi
adsorpsi yang dipengaruhi sifat permukaan. Salah satunya adalah nanofiber
(Khajeh dkk., 2013). Nanofiber merupakan suatu material serat yang mempunyai
diameter berukuran nanometer (40-2000 nm). Beberapa metode yang digunakan
untuk memproduksi nanofiber adalah drawing, template (cetakan), pemisahan fase,
self-assembly (perakitan diri), dan electrospinning. Electrospinning merupakan
metode yang sedang berkembang untuk memproduksi nanofiber dari berbagai
polimer dalam skala besar karena prosesnya yang mudah dan cepat (Huang dkk.,
2003).
Nanofiber telah digunakan pada beberapa bidang, seperti kedokteran,
farmasi, dan lingkungan. Untuk aplikasi ke lingkungan, nanofiber berbahan dasar
poliakrilonitril-ko-stirena telah digunakan sebagai adsorben untuk menghilangkan
zat warna dasar violet 14 (El-aassar dkk., 2016). Nanofiber berbahan dasar
Polipropilena (PP) dan Polivinil alkohol (PVA) juga telah berhasil disintesis dan
digunakan sebagai filter asap rokok (Daneleviciute-Vaisniene dkk., 2009). Selain
itu, NiCo2O4/CNTs CNFs telah berhasil digunakan untuk adsorpsi CO2 dan
elektroda superkapasitor (Iqbal dkk., 2016).
Nanofiber berbahan dasar biopolimer seperti alginat atau pektin tidak dapat
disintesis dengan metode electrospinning karena larutan biopolimer mulai
terbentuk gel pada konsentrasi rendah (2% b/b), sedangkan pada konsentrasi
4
tersebut, larutan biopolimer tidak cukup untuk membentuk serat dan hanya
terbentuk tetesan (droplet). Larutan biopolimer pada konsentrasi tinggi akan
menjadi kental sehingga sulit keluar dari jarum spuit. Salah satu cara untuk
mengatasi masalah tersebut adalah dengan menambahkan polimer atau surfaktan
tambahan untuk menurukan viskositas larutan, sehingga gel yang terbentuk pada
konsentrasi rendah dapat membentuk serat (Bhattarai dkk., 2006).
Polivinil alkohol merupakan polimer yang biokompatibel, higroskopis, dan
tidak beracun. Polivinil alkohol memiliki kemampuan dalam membentuk serat
dengan mudah, sehingga sering digabungkan dengan polimer lainnya untuk
menambah kemampuan dalam electrospinning (Çay dkk., 2014). Berdasarkan
uraian yang telah dijelaskan, dalam penelitian ini dilakukan sintesis membran
nanofiber
alginat-pektin-PVA
(Alg-P-PVA
NFs)
menggunakan
metode
electrospinning dan aplikasinya untuk adsorpsi CO2. Perbedaan penelitian ini
dengan penelitian terdahulu adalah perbedaan polimer tambahan yang digunakan
(PVA) dan aplikasinya sebagai adsorpsi CO2. Alg-P-PVA NFs yang dihasilkan
dalam penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan untuk adsorpsi CO2.
I.2
Tujuan Penelitian
Berdasarkan permasalahan di atas, tujuan penelitian ini adalah
1. Mendapatkan komposisi larutan Alg-P-PVA yang menghasilkan nanofiber
mulus tanpa muncul manik-manik.
2. Mengetahui pengaruh jumlah alginat-pektin (Alg-P) terhadap kapasitas
adsorpsi CO2.
3. Mengetahui pola isoterm yang sesuai dalam kajian adsorpsi CO2 pada Alg-PPVA NFs
I.3
Manfaat Penelitian
Penelitian ini diharapkan dapat memberikan manfaat dalam bidang ilmu
pengetahuan dan teknologi terutama mengenai nanomaterial dan memberikan
informasi kepada para peneliti lain tentang pemanfaatan bahan polisakarida alam
untuk pembuatan nanofiber dengan metode electrospinning sebagai adsorben CO2