Preparasi Membran Natrium Alginat dengan Filler Karbon Aktif Hidrofilik untuk Dehidrasi Etanol

Perdana, An Aurisa Putri (2023) Preparasi Membran Natrium Alginat dengan Filler Karbon Aktif Hidrofilik untuk Dehidrasi Etanol. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 01211940000027-Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 1 October 2025. Download (4MB) | Request a copy

Abstract

Penggunaan bioetanol sebagai campuran bahan bakar dapat digunakan sebagai alternatif bahan bakar minyak karena ramah lingkungan dan merupakan energi terbarukan. Bioetanol harus memiliki kemurnian 99,5% setelah didenaturasi dengan denatonium benzoat dan 94% setelah didenaturasi dengan hidrokarbon untuk dapat dicampurkan dalam bensin. Tingkat kemurnian tersebut sulit untuk dicapai hanya dengan proses fermentasi biomassa karena rendahnya kadar etanol yang dihasilkan, sehingga perlu dilakukan dehidrasi etanol. Dalam proses dehidrasi etanol, keadaan azeotrop pada campuran etanol dan air dapat diatasi oleh teknologi membran, salah satunya yaitu pervaporasi. Peningkatan kinerja pervaporasi dapat dilakukan dengan menggabungkan material anorganik pada matriks polimer, yang disebut dengan mixed matrix membrane (MMM). Pada penelitian ini, telah berhasil difabrikasi MMM berbentuk flat sheet dengan matriks polimer berupa SA dan material filler berupa HAC, dengan variasi komposisi filler sebesar 0,8%, 1,2%, dan 1,6% b/b. Material filler diaktivasi secara kimia menggunakan NaOH dan dilanjutkan hidrofilisasi dengan oksidasi cair menggunakan APS. MMM SA/HAC difabrikasi menggunakan metode pemisahan fasa EIPS agar membentuk membran padat nonpori. Hasil karakterisasi menggunakan instrumen Fourier Transform Infrared (FTIR), Scanning Electron Microscope (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Thermogravimetric Analysis (TGA), uji contact angle, dan uji tensile strength menunjukkan adanya pengaruh penambahan material filler HAC terhadap struktur, morfologi, stabilitas termal, dan hidrofilisitas serta sifat mekanik MMM SA/HAC yang berpotensi untuk diaplikasikan pada dehidrasi etanol dengan teknik pervaporasi. Penambahan filler HAC dalam matriks membran meningkatkan hidrofilisitas membran SA yang mulanya sebesar 53,25 ± 3,775º menjadi 36 ± 2,0º, yang memungkinkan pemisahan etanol-air yang lebih efisien. Morfologi permukaan yang baik dan distribusi filler yang merata juga ditemukan pada MMM SA/HAC, yang berkontribusi pada kinerja pemisahan yang optimal. Melalui SEM, HAC tampak terdistribusi merata pada struktur permukaan dan pori timbul pada penampang melintang akibat adanya HAC. Di samping itu, pengujian AFM menunjukkan peningkatan rata-rata kekasaran permukaan (Ra) dan variasi kekasaran permukaan (Rq) tertinggi masing-masing sebesar 1,691 ± 0,38 nm dan 2,202 ± 0,622 nm menjadi 4,268 ± 0,172 nm dan 5,425 ± 0,277 nm. Membran dengan muatan HAC juga menunjukkan peningkatan pada sifat mekanik membran berupa kekuatan tarik dan kekakuan membran, yang mempengaruhi daya tahan terhadap deformasi dan kestabilan struktur membran. Kekuatan tarik tertinggi dari MMM SA/HAC mencapai 6,067 ± 1,136 MPa dengan besar kuat tarik awal sebesar 3,5 ± 1,777 MPa. Kekakuan membran yang dinyatakan dalam modulus young memiliki sifat kekakuan yang tinggi pada MMM, yaitu mencapai 145,24 ± 53,04 MPa, yang mulanya hanya sebesar 87,68 ± 83 MPa.
=================================================================================================================================
Bioethanol’s utilization as a fuel blend offers an eco-friendly and green alternative to petroleum-based fuels. After denaturation with denatonium benzoate and hydrocarbon, bioethanol requires a purity of 99,5% and 94% respectively to allow blending with gasoline. Achieving such purity levels is challenging through biomass fermentation alone due to the low ethanol yield, necessitating ethanol dehydration. Membrane technology e.g., pervaporation, can help overcome the ethanol-water azeotropic state during ethanol dehydration process. Enhanced pervaporation performance can be achieved by combining inorganic materials with a polymer matrix, known as mixed matrix membrane (MMMs). In this study, successfully fabricated flat-sheet mixed matrix membrane (MMMs) using a polymer matrix of SA and HAC as filler material, with filler composition variations of 0,8%, 1,2%, and 1,6% w/w. HAC was chemically activated using NaOH and hydrophilized through liquid oxidation method using APS. Fabrication of MMMs SA/HAC utilized the phase separation method (EIPS) to form nonporous dense membranes. Characterization results using Fourier Transform Infrared (FTIR), Scanning Electron Microscope (SEM), Atomic Force Microscopy (AFM), Thermogravimetric Analysis (TGA), contact angle, and tensile strength tests demonstrated how HAC addition affects the structure, morphology, thermal stability, hydrophilicity, and mechanical properties of MMMs SA/HAC, indicating their potential for application in ethanol dehydration using pervaporation. The addition of HAC filler to the membrane matrix increased the hydrophilicity of the SA membrane from an initial contact angle of 53,25 ± 3,775º to 36 ± 2,0º, enhancing ethanol-water separation efficiency. Additionally, a well-structured surface morphology and uniform filler distribution were observed, contributing to optimal separation performance. SEM analysis showed even distribution of HAC on the surface structure and the emergence of pores in the cross-sectional view caused by HAC presence. Furthermore, AFM testing revealed an increase in the average surface roughness (Ra) and the variation in surface roughness (Rq) from 1,691 ± 0,38 nm and 2,202 ± 0,622 nm to 4,268 ± 0,172 nm and 5,425 ± 0,277 nm, respectively. Membranes with HAC filler also exhibited improved tensile strength and membrane stiffness, which affected deformation resistance and structural stability. The highest tensile strength observed in MMM SA/HAC was 6,067 ± 1,136 MPa, with an initial tensile strength of 3,5 ± 1,777 MPa. The membrane stiffness, expressed as Young's modulus, demonstrated high stiffness in the MMM, reaching 145,24 ± 53,04 MPa, compared to the initial value of 87.68 ± 83 MPa in the SA membrane.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Bioetanol, Filler Karbon Aktif, Membran Hidrofilik, Natrium Alginat, Pervaporasi, Bioethanol, Activated Carbon Filler, Hydrophilic Membrane, Sodium Alginate, Pervaporation
Subjects:	T Technology > TP Chemical technology > TP159.M4 Membranes (Technology) T Technology > TP Chemical technology > TP248.25.M46 Membrane separation
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	An Aurisa Putri Perdana
Date Deposited:	08 Aug 2023 07:24
Last Modified:	08 Aug 2023 07:24
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/103588

Actions (login required)

View Item