SINTESIS DAN KARAKTERISASI MEMBRAN HIBRIDA BERBASIS POLISULFON TERSULFONASI (SPSf)/ LEMPUNG BENTONIT

Abstract

Sintesis Dan Karakterisasi Membran Hibrida Berbasis Polisulfon Tersulfonasi (SPSf)/ Lempung; Rustin Nur Indahsari, 081810301011; 2013: 50 halaman; Jurusan Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Jember.

Fuel cell merupakan salah satu energi alternatif yang menghasilkan energi listrik, air dan panas, dengan cara mengoksidasi bahan bakar secara elekrokimia. Salah satu tipe fuel cell yang banyak dikembangkan yaitu Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC), dimana dalam PEMFC terdapat tiga komponen utama, yaitu anoda, Polymer Electrolyte Membrane (PEM) atau Membran Polimer Elektrolit (MPE), dan katoda. MPE merupakan komponen kunci dalam PEMFC. Salah satu jenis MPE yang banyak digunakan dalam PEMFC adalah nafion. Namun, nafion memiliki beberapa kelemahan sehingga diperlukan alternatif material lain sebagai MPE, yaitu polimer Polisulfon (PSf). PSf merupakan polimer termoplastik aromatik yang bersifat hidrofobik, sehingga dilakukan proses sulfonasi heterogen menggunakan asam sulfat (H 2 SO ) dalam penggunaannya sebagai MPE. Variasi konsentrasi H 2 SO 4 4 yang digunakan akan menghasilkan derajat sulfonasi yang berbeda-beda. Semakin besar derajat sulfonasi umumnya dapat meningkatkan karakteristik membran yang dihasilkan, namun dapat mengakibatkan PSf tersulfonasi (SPSf) memilik ketahanan mekanik yang semakin rendah, sehingga salah satu upaya yang dilakukan dalam memodifikasi membran SPSf yaitu secara hibrida. Sebagai bahan paduan dalam membran hibrida, dipilih material anorganik lempung karena dapat meningkatkan sifat mekanik dari SPSf. Mengacu pada hal di atas maka penelitian ini bertujuan untuk (i) mengetahui pengaruh variasi konsentrasi H vii

2 SO sebagai bahan pensulfonasi terhadap karakteristik sifat fisik yang meliputi uji Daya Serap Air (DSA) dan sifat kimia yang meliputi analisa gugus fungsi, derajat sulfonasi (DS), kapasitas penukar ion (KPI), dan kapasitas hidrasi (KH) pada membran SPSf yang dihasilkan, (ii) mengetahui 4 karakteristik sifat fisik dan kimia membran hibrida berbasis polisulfon tersulfonasi (SPSf)/ lempung bentonit dengan komposisi SPSf/ lempung bentonit sebesar 3 %berat. Penelitian diawali dengan melakukan proses sulfonasi Polisulfon (PSf), pembuatan membran PSf, SPSf, dan hibrida. Selanjutnya, keseluruhan membran yang telah terbentuk dikarakterisasi sifat fisiknya yang meliputi uji Daya Serap Air (DSA) dan sifat kimia yang meliputi analisa gugus fungsi, pengukuran derajat sulfonasi (DS), kapasitas penukar ion (KPI), dan kapasitas hidrasi (KH). Hasil penelitian menunjukkan bahwa proses sulfonasi heterogen PSf dengan menggunakan konsentrasi H 2 SO yang berbeda, yaitu 0, 5, 10, dan 15M, secara fisik tidak memiliki perbedaan, namun dari hasil analisa gugus fungsi menggunakan FTIR (Fourier Transform Infrared Spectroscopy) terjadi perubahan struktur. Hasil analisa gugus fungsi menunjukkan adanya pita serapan yang muncul pada ~1025 cm 4 yang merupakan puncak O=S=O dari gugus sulfonat, yang tidak terjadi pada membran PSf. Selain itu, serapan melebar pada ~3700 cm viii

-1 menunjukkan adanya serapan -OH yang berasal dari gugus sulfonat yang masuk ke kerangka PSf. Selanjutnya keseluruhan membran dikarakterisasi sifat fisik yang meliputi uji DSA dan sifat kimia yang meliputi analisa gugus fungsi, DS, KPI, dan KH. Hasil karakterisasi keseluruhan membran menunjukkan bahwa membran SPSf yang disulfonasi menggunakan H 2 SO 5M memiliki karakteristik yang paling optimum, yaitu yang memiliki nilai KPI dan DS tertinggi. Selanjutnya, dari padatan SPSf yang disulfonasi menggunakan H 2 SO 4 5M inilah yang akan dibuat membran hibrida. Membran hibrida dibuat dengan menggunakan metode dispersi, yaitu 4 lempung bentonit didispersikan ke dalam larutan dope sehingga menghasilkan larutan dope berwarna abu-abu kehitaman. Selanjutnya membran hibrida yang dihasilkan dikarakterisasi. Berdasarkan keseluruhan data yang diperoleh, dengan membandingkan sifat fisik dan sifat kimia dari membran PSf sebelum sulfonasi, sesudah sulfonasi (SPSf) dengan membran hibrida, maka membran hibrida memilki sifat yang lebih baik dibandingkan dengan membran PSf dan SPSf.