Analisis Komposisi Pelarut dalam Pembuatan Membran Ultrafiltrasi Berbasis Selulosa Asetat-Bacterial Cellulose Nanocrystals

Abstract

Ultrafiltrasi (UF) adalah metode pemisahan dengan menggunakan membran berpori, yang sering diterapkan dalam berbagai industri. Membran berbasis selulosa asetat (CA) banyak digunakan karena kelebihannya seperti mudah diproduksi dan sifatnya yang dapat terbiodegradasi. Namun, kelemahan pada permeabilitas, fluks dari membran CA mendorong penggunaan nanomaterial seperti Bacterial Cellulose Nanocrystals (BCNCs) yang dihasilkan dari nata de coco, sebagai zat aditif. Penambahan BCNCs diketahui dapat meningkatkan berbagai sifat membran seperti hidrofilisitas, porositas, dan fluks. Selain itu, variasi komposisi pelarut seperti aseton dan DMSO dalam pembuatan membran juga berperan penting dalam mempengaruhi karakteristik membran yang dihasilkan. Penelitian ini bertujuan untuk mengidentifikasi pengaruh variasi komposisi pelarut dan penambahan BCNCs terhadap sifat fisik dan kimia membran CA-BCNCs, serta kinerja membrannya. BCNCs disintesis melalui proses hidrolisis menggunakan asam sulfat untuk menghasilkan nanoselulosa. Proses sintesis ini kemudian dianalisis menggunakan Particle Size Analysis (PSA) dan Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) untuk menentukan ukuran partikel dan struktur kimianya. BCNCs yang dihasilkan dari hidrolisis asam sulfat dianalisis menggunakan PSA untuk menentukan ukuran partikel hidrodinamis. BCNCs yang dihasilkan ditambahkan ke dalam larutan dope selulosa asetat untuk membentuk membran CA-BCNCs. Pengujian karakteristik membran dilakukan melalui serangkaian uji, termasuk densitas, derajat swelling, porositas, fluks, koefisien permeabilitas, uji rejeksi, dan sudut kontak. Komposisi pelarut yang divariasikan bertujuan untuk mengetahui efek terhadap kinerja dan sifat fisikokimia dari membran yang dihasilkan. Suspensi BCNCs menghasilkan ukuran partikel yang berada dalam rentang 100-300,1 nm, sesuai dengan karakteristik yang diharapkan dari nanoselulosa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa penambahan BCNCs dalam membran meningkatkan porositas sebesar 2% dibandingkan dengan membran selulosa asetat murni. Namun, porositas menurun hingga 45% seiring dengan penambahan jumlah aseton, yang menunjukkan bahwa membran menjadi lebih rapat. Fluks air meningkat dari 3 L/m².jam menjadi 14 L/m².jam dengan penambahan BCNCs, namun menurun menjadi 5 L/m².jam pada membran dengan komposisi aseton yang lebih tinggi. Uji rejeksi menggunakan larutan dekstran dengan berat molekul 70 kDa dan 500 kDa menunjukkan peningkatan kemampuan membran dalam menolak partikel seiring dengan meningkatnya jumlah aseton dalam larutan dope. Hasil uji sudut kontak menunjukkan bahwa membran yang ditambahkan dengan BCNCs memiliki sudut kontak yang lebih rendah, yaitu sekitar 67°, yang mengindikasikan peningkatan hidrofilisitas. Namun, dengan semakin tingginya komposisi aseton dalam larutan dope, sudut kontak meningkat hingga 77°, menandakan bahwa membran menjadi lebih hidrofobik. Hal ini menunjukkan bahwa variasi komposisi pelarut tidak hanya mempengaruhi struktur pori membran, tetapi juga sifat permukaannya, yang pada akhirnya berdampak pada kinerja filtrasi membran tersebut.