Fabrikasi Mixed Matrix Membrane (Mmm) Berbasis Polisulfon Berpengisi Komposit Karbon Zeolit/Zno Untuk Pemisahan H2/Co2

Fitriani, Irma (2025) Fabrikasi Mixed Matrix Membrane (Mmm) Berbasis Polisulfon Berpengisi Komposit Karbon Zeolit/Zno Untuk Pemisahan H2/Co2. Other thesis, Institut Teknologi Seuluh Nopember.

Text 5004211111-Undergraduate_Thesis.pdf Restricted to Repository staff only Download (8MB) | Request a copy

Abstract

Penggunaan bahan bakar fosil saat ini mencapai 80% kebutuhan energi dunia, menjadikannya kontributor utama peningkatan emisi karbon yang menyebabkan kenaikan suhu rata-rata global (global warming). Di antara berbagai pilihan energi terbarukan ramah lingkungan, hidrogen sangat menjanjikan karena tidak memiliki emisi karbon dan kepadatan energinya jauh lebih tinggi dibandingkan bahan bakar fosil, serta biaya penggunaan yang lebih rendah. Produksi hidrogen "biru" adalah strategi jangka pendek yang menjanjikan untuk mengurangi emisi karbon di Indonesia, di mana melibatkan reaksi water gas shift reaction (WGSR), yakni reaksi antara CO dari gasifikasi batubara dengan uap air membentuk CO₂ dan H₂. Rasio H₂ dan CO₂ yang dihasilkan sebesar 1:1 dapat menurunkan nilai kalor pembakaran hidrogen. Oleh karena itu, diperlukan pemisahan H₂ dari CO₂ dalam hasil WGSR. Penelitian ini mengembangkan mixed matrix membrane (MMM) berbasis Polisulfon (PSf) dengan komposit karbon/zeolit termodifikasi ZnO (KKZ/ZnO) sebagai material pengisi anorganik untuk pemisahan gas H₂/CO₂. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menentukan banyaknya Zn dalam proses in situ yang optimal ke dalam komposit KKZ/ZnO dan kondisi optimal penggabungan pengisi ini ke dalam matriks membran PSf guna meningkatkan performa pemisahan gas H₂/CO₂. Penelitian ini dilakukan dalam tiga tahap utama, yakni sintesis KKZ/ZnO, fabrikasi MMM, serta karakterisasi dan pengujian performa pemisahan gas. KKZ/ZnO disintesis menggunakan PVA sebagai prekursor karbon, Zeolit X sebagai templat, dan Zn(NO₃)₂ sebagai prekursor logam. MMM flat-sheet difabrikasi menggunakan metode inversi fasa. Baik KKZ/ZnO maupun MMM dikarakterisasi untuk menentukan sifat struktur, gugus fungsi, morfologi, ukuran pori, volume pori, dan luas permukaannya. Hasil karakterisasi KKZ/ZnO dan MMM yang didapatkan telah menunjukkan kesesuaian baik dengan teori maupun dengan penelitian sebelumnya. Permeabilitas dan selektivitas ideal dievaluasi melalui pengujian permeasi gas tunggal. Hasil uji performa pemisahan gas menunjukkan bahwa MMM mampu meningkatkan performa pemisahan gas hingga 291.596% dan meningkatkan selektivitas sebesar 289,83% dibandingkan dengan membran PSf murni (neat). Membran yang difabrikasi juga menunjukkan performa di atas kurva Robeson Upper Bound 2008. Dengan demikian, KKZ/ZnO yang disintesis menunjukkan kemampuan yang sangat baik dalam meningkatkan performa pemisahan gas pada membran PSf.
======================================================================================================================================
Fossil fuels currently supply approximately 80% of the world’s energy demand, making them the primary contributor to the increase in carbon emissions, which in turn causes global warming. Among various environmentally friendly renewable energy options, hydrogen is highly promising due to its zero carbon emissions, higher energy density compared to fossil fuels, and lower usage costs. The production of "blue" hydrogen is a promising short-term strategy to reduce carbon emissions in Indonesia. This process involves the water gas shift reaction (WGSR), where CO from coal gasification reacts with steam to form CO₂ and H₂. The H₂/CO₂ results have ratio of 1:1 can lower the calorific value of hydrogen combustion. Therefore, separating H₂ from CO₂ in the WGSR output is necessary. This study develops a mixed matrix membrane (MMM) based on polysulfone (PSf) with a ZnO-modified carbon/zeolite composite (ZCC/ZnO) as the inorganic filler for H₂/CO₂ gas separation. The objective of this research is to determine the optimal Zn content in the in situ process for the ZCC/ZnO composite and the optimal conditions for incorporating this filler into the PSf membrane matrix to enhance H₂/CO₂ separation performance. The research was conducted in three main stages: synthesis of ZCC/ZnO, fabrication of the MMM, and characterization and testing of gas separation performance.ZCC/ZnO was synthesized using PVA as the carbon precursor, Zeolite X as the template, and Zn(NO₃)₂ as the metal precursor. Flat-sheet MMMs were fabricated using the phase inversion method. Both ZCC/ZnO and the MMMs were characterized to determine their structural properties, functional groups, morphology, pore size, pore volume, and surface area. The characterization results of ZCC/ZnO and the MMMs aligned well with theoretical expectations and previous studies. Permeability and ideal selectivity were evaluated through single-gas permeation testing. The gas separation performance tests showed that the MMM enhanced gas separation performance by up to 291.596% and improved selectivity by 289.83% compared to the neat PSf membrane. The fabricated membrane also demonstrated performance exceeding the Robeson Upper Bound 2008 curve. Thus, the synthesized ZCC/ZnO exhibits excellent potential in enhancing gas separation performance in PSf membranes.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	H2/CO2, KKZ, MMM, Polisulfon, ZnO, H2/CO2, MMM, Polysulfone, ZCC, ZnO
Subjects:	Q Science Q Science > QD Chemistry Q Science > QD Chemistry > QD181.Z6 Zinc oxide Q Science > QD Chemistry > QD281 Pyrolysis Q Science > QD Chemistry > QD63.S4 Separation (Technology)
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Irma Fitriani
Date Deposited:	05 Aug 2025 09:34
Last Modified:	05 Aug 2025 09:34
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/126049

Actions (login required)

View Item