Analisis Penambahan Bacterial Cellulose Nanocrystals (BCNCs) terhadap Membran Ultrafiltrasi Berbasis Selulosa Aseta

Abstract

Membran selulosa asetat (CA) merupakan salah satu membran yang umum digunakan dalam desalinasi dan pengolahan air. Membran CA biasanya dibuat dengan teknik inversi fasa melalui perendaman (presipitasi immersi). Membran yang dibuat dengan metode inversi fasa biasanya memiliki top layer padat dan sub layer berpori, sehingga membran CA memiliki selektifitas yang tinggi. Salah satu metode yang efektif untuk meningkatkan hidrofilisitas dan kinerja membran yaitu dengan memasukkan bahan nanopartikel ke dalam larutan dope membran. Bahan nanopartikel yang digunakan pada penelitian ini yaitu bacterial cellulose nanocrystals (BCNCs). BCNCs adalah nanokristal berbentuk batang yang dihasilkan dari isolasi bacterial cellulose (BC) atau penghilangan daerah nonkristal dari rantai selulosa. Penambahan BCNCs sebagai zat aditif hidrofil ke dalam larutan dope membran CA bertindak sebagai agen pembentuk pori. Tujuan penelitian ini yaitu untuk mengetahui pengaruh konsentrasi BCNCs terhadap sifat fisikokimia dan kinerja membran selulosa asetat. Penelitian ini diawali dengan sintesis BCNCs dari nata de coco menggunakan metode hidrolisis asam sulfat. BCNCs hasil sintesis diamati sifat fisiknya yaitu strukturnya melalui uji Fourier Transform Infrared (FTIR) dan ukuran partikel serta zeta potensialnya melalui uji Particel Size Analyzer (PSA). BCNCs hasil sintesis kemudian dijadikan bahan aditif untuk pembuatan membran CA dengan variasi konsentrasi 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; dan 0,5%. Sifat fisik membran CA dikarakterisasi melalui uji densitas, derajat swelling, uji porositas dan penentuan sudut kontak. Sifat kimia membran dikarakterisasi melalui uji FTIR. Kinerja membran dikarakterisasi melalui uji permeabilitas, uji fluks air, dan uji rejeksi dekstran (70 dan 500 kDa).Hidrolisis asam BC menghasilkan suspensi BCNCs berwarna putih keruh dengan solid content sebesar 1,036%, ukuran hidrodinamisnya sebesar 143,5 nm dan zeta potensial sebesar -49 mV. Muatan negatif yang diperoleh disebabkan oleh penambahan gugus sulfat ke permukaan selulosa yang dapat mencegah agregasi nanokristal. Spektra FTIR menunjukkan tidak ada perbedaan gugus fungsi antara BCNCs dengan BC dikarenakan keduanya secara struktur adalah selulosa, seperti terdapat ikatan O-H ulur, C-H ulur, CH2 tekuk, C-O ulur, dan C-O-C ulur. Masuknya gugus sulfat dari proses hidrolisis tidak teramati adanya puncak baru. Perbedaan yang teramati adalah intensitas beberapa gugus fungsi yaitu pada daerah bilangan gelombang ikatan O-H ulur. Perbedaan intensitas tersebut menunjukkan adanya perubahan pola ikatan hidrogen pada BCNCs yang terjadi karena hidrolisis BC. BCNCs ketika dimasukkan ke dalam larutan dope membran CA memengaruhi sifat fisikokimia dan kinerja membran CA. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi BCNCs yang ditambahkan ke dalam larutan dope, menyebabkan nilai densitas membran CA semakin menurun. Nilai tersebut berbanding terbalik dengan nilai derajat swelling dan porositas membran CA yang semakin naik. Nilai sudut kontak membran CA semakin menurun dengan semakin besarnya konsentrasi BCNCs menunjukkan hidrofilisitas membran semakin meningkat. Hal ini menunjukkan bahwa BCNCs terimpregnasi pada permukaan membran yang mempengaruhi interaksi air dengan membran. Hasil FTIR membran CA dan CA/BCNCs pada semua variasi memiliki pola serapan yang sama yaitu puncak gugus BCNCs yang overlapping dengan gugus CA, karena pada dasarnya berbasis selulosa. Uji kinerja membran menunjukkan bahwa semakin besar konsentrasi BCNCs yang ditambahkan dalam larutan dope membran CA, maka nilai fluks air dan koefisien permeabilitas membran semakin meningkat, sedangkan koefisien rejeksi membran terhadap dektran 70 kDa dan 500 kDa semakin menurun