Kajian Sifat Listrik Membran Polisulfon yang

6
Suatu hambatan (R) didapat untuk
menghadirkan
komponen
dissipative
(menghilangkan) respon dielektrik, sedangkan
suatu kapasitansi menggambarkan komponen
penyimpanan dielektrik bahan.6 Reaktansi
kapasitif dari dan kapasitor C adalah:
Xc =
1
jω C
(16)
Keterangan:
j merupakan bilangan imajiner. Pada
rangkaian ekuivalen, impedansi Z1 dari
resistansi R1 dan sebuah kapasitansi yang
terangkai parallel dapat diperoleh dari hukum
Kirchoff,
1
1
1
=
+
Z 1 R p 1 /( jωC p )
Rp
1 + ( jω R p C p )
(18)
Jika ditambahkan Rs secara seri pada elemen
RC dengan ߱ digantikan dengan 2πf, maka
diperoleh:
Rp
Z = Rs +
1 /( j . 2 π . f . R p C p )
(19)
Pada impedansi kompleks Z, terdapat bagian
real (Zre) dan imajiner (Zim). Keduanya
dirumuskan dalam persamaan berikut:7
Z re = Rs +
Z im =
Rp
1 + (ω 2 .Rp2Cp2 )
R p .C p .ω
1 + (ω 2 . R p2 C p2 )
Metode Penelitian
Penelitian ini meliputi karakterisasi
sifat kelistrikan membran. Karakterisasi sifat
kelistrikan membran dilakukan dengan
mengukur karakterisasi I-V menggunakan I-V
meter dan mengukur nilai kapasitansi, loss
coefficient, konduktansi, impedansi, dan sudut
fase (θ) membran menggunakan LCR meter.
(17)
Dari persamaan (17) diperoleh:
Zp =
berukuran 4 x 12 cm, aluminium foil,
magnetic stirrer, tisu, lap, gunting, penggaris,
kamera, alat tulis, hot plate stirrer, timbangan,
gelas piala, dan HIOKI 3522-50 LCR meter,
dan alat I-V meter tipe Keithley 2400.
(20)
(21)
ω = frekuenasi sudut
R = hambatan (ohm)
C = kapasitor (farad)
BAHAN DAN METODE
Tempat dan Waktu
Penelitian
ini
dilaksanakan
di
laboratorium Biofisika, Departemen Fisika,
Fakultas Matematika dan Ilmu pengetahuan
Alam, Institut Pertanian Bogor. Penelitian
dilaksanakan selama 10 bulan yaitu pada
bulan November 2010 - September 2011.
Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam
penelitian ini antara lain polisulfon, pelarut
DMAc, aquades, dan TiO2. Alat yang
dipergunakan adalah cawan petri, gelas kimia,
tabung reaksi, pipet volumetrik, spatula, labu
erlenmenyer, plat kaca, plat kapasitor
Pelaksanaan Penelitian
Pelaksanaan penelitian ini diawali
dengan persiapan penelitian, persiapan
eksperimen, eksperimen, analisa dan serta
dilanjutkan dengan pembahasan hasil dalam
bentuk skripsi.
Persiapan penelitian
Pada kegiatan tahap ini dilakukan
pencarian literatur seperti buku, jurnal,
skripsi,
dan
sebagainya
untuk
mempersiapkan dasar - dasar teori, perumusan
fisika dan matematika yang berhubungan
dengan penelitian.
Persiapan eksperimen
Persiapan eksperimen yang dilakukan
antara lain persiapan alat, persiapan bahan,
dan perancangan sistem.
1. Persiapan alat
Plat kapasitor yang digunakan dalam
penelitian ini dibuat dari dua buah PCB yang
berukuran (12 x 4) cm.
2. Persiapan bahan
Membran polisulfon yang dibuat
dengan memvariasikan konsentrasi zat
aditifnya yang mengandung konsentrasi
larutan polisulfon 12 %. Zat aditif dan pelarut
yang digunakan pada pembuatan membran
berupa TiO2 dan DMAc. Teknik yang
digunakan dalam pembuatan membran
polisulfon menggunakan teknik inversi fase
rendam-endap.
Polisulfon yang telah dicampur dengan
TiO2 dan pelarut DMAc dimasukkan ke dalam
gelas kimia 100 ml, dan ditutup dengan
aluminium foil, kemudian larutan tersebut
didiamkan selama ± 24 jam (dalam suhu
ruang) hingga terbentuk larutan polisulfon.
Setelah didiamkan selama 24 jam, larutan
membran distrirring dengan stirrer selama 1,5
6
7
jam dan disonikasi selama 2 jam agar
membran yang dihasilkan homogen.
Langkah
selanjutnya,
membran
dituangkan ke permukaan kaca yang kedua
sisi kanan dan kiri telah diisolasi. Selanjutnya
membran direndam pada larutan aquades agar
menghasilkan membran. Membran polisulfon
yang dihasilkan ada 6 sampel dan satu sampel
dijadikan sebagai kontrol, yang dilakukan
dengan memvariasikan konsentrasi TiO2
sebanyak 5 konsentrasi berbeda yaitu 0, 0.5,
1, 3, 5, dan 7 %.
3. Perancangan sistem
Pengukuran
karakterisasi
I-V
menggunakan alat I-V meter, sedangkan
pengukuran kapasitansi, loss coefficient,
konduktansi, impedansi, sudut fase (θ)
menggunakan LCR Hi-Tester Hioki 5322-50
yang diangkai dengan plat kapasitor.
Rangkaian sistem pengukuran ini ditunjukkan
pada Gambar 7.
Eksperimen
Membran yang diukur adalah membran
polisulfon menggunakan sampel yang sudah
dibuat oleh rekan peneliti. Membran dipotong
berukuran (12 x 4) cm.
Pengambilan data
1. Karakterisasi arus - tegangan membran
polisulfon.
Pengukuran karakterisasi arus tegangan peralatan yang digunakan yaitu
menggunakan sepasang plat kapasitor yang
mengapit membran polisulfon. Pengujian
karakterisasi I-V menggunakan I-V meter,
software Keithley 2400, komputer.
Pengukurannya dilakukan dengan
memasukkan nilai tegangan awal, tegangan
akhir (-5 volt hingga 5 volt) dan banyaknya
data 50, dengan sweep delay sebesar 100. Dari
proses ini, secara otomatis akan didapat hasil
pengukuran karakterisasi arus - tegangan.
2.
Karakterisasi sifat listrik membran
polisulfon.
Sifat listrik membran yang akan diukur
meliputi kapasitansi (Cs), impedansi (Z),
konduktansi (G), loss coefficient (D), dan
sudut fase (θ). Membran tersebut diletakan
diantara dua buah plat elektroda yang terbuat
dari logam Cu. Kedua elektroda diberikan
sumber tegangan tetap (Cv) sebesar 1 V
dengan delay 9,00 s. Pada tahapan
selanjutnya, dilakukan pengaturan parameter
yang diukur pada layar LCR meter.
membran
Gambar 7. Skema sistem pengukuran sifat listrik
dengan LCR meter.
Parameter
diukur
dengan
memvariasikan frekuensi yaitu 10 Hz, 20 Hz,
80 Hz, 1 kHz, 10 kHz, 20 kHz, 50 kHz, 80
kHz, dan 100 kHz. Selain itu, Variabel yang
diukur berupa kapasitansi (Cs), impedansi (Z),
konduktansi (G), loss coefficient (D), dan
sudut fase (θ) yang digunakan untuk
menghitung impedansi imajiner (Zim), dan
impedansi
real
(Zreal).
Langkah
pengoperasiannya dimulai dengan cara
menekan tombol pada layar yang sesuai
dengan variabel yang akan diukur. Setelah itu
catat data ketika menampilkan data yang
ketiga agar data tersebut menunjukan nilai
yang stabil.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Polisulfon merupakan polimer yang
banyak dipakai pada membran ultrafiltrasi,
yang cenderung bersifat hidrofobik, serta
memiliki kelarutan yang rendah tetapi masih
bisa larut dalam larutan polar.21 Dalam
pembuatan membran, polisulfon dicampur
dengan pelarut polimer DMAc. Campuran
DMAc
dengan
polisulfon
merupakan
pasangan yang compatible yang dapat
membuat larutan menjadi homogen.1
Dalam penelitian ini, membran yang
telah dilarutkan dengan DMAc didadah
dengan salah satu bahan yang bersifat
semikonduktor yaitu TiO2. Sifat listrik yang
telah diuji dalam penelitian ini yaitu
mengkarakterisasi arus-tegangan, kapasitansi,
loss coefficient, impedansi, konduktansi,
dengan berbagai frekuensi.
Dari hasil yang diperoleh didapatkan
grafik sifat listriknya terhadap variasi
frekuensi. Plat kapasitor yang telah digunakan
dalam karakterisasi sifat listrik yaitu
menggunakan dua buah pelat sejajar yang
dibuat dari keping PCB tembaga karena
tembaga memiliki sifat konduksi yang baik.
Kedua pelat tersebut telah disisipi membran
polisulfon yang dihubungkan ke alat
karakterisasi sifat listrik.
7