Fabrikasi Membran Matriks Campuran (Mmm) Berbasis Polisulfon Dengan Material Pengisi Karbon Zif-L Untuk Permeasi Gas H2/Co2

Salsabilla, Tifani (2026) Fabrikasi Membran Matriks Campuran (Mmm) Berbasis Polisulfon Dengan Material Pengisi Karbon Zif-L Untuk Permeasi Gas H2/Co2. Other thesis, Institut Teknologi Sepuluh Nopember.

Text 5004221017_Undergraduate_Thesis.pdf - Accepted Version Download (2MB)

Abstract

Teknologi membran sebagai aplikasi pemisahan gas memiliki peran penting dalam berbagai proses industri, khususnya dalam pemurnian hidrogen. Pada penelitian ini telah berhasil difabrikasi Mixed Matrix Membrane (MMM) berbasis polisulfon (PSf) dengan karbon ZIF-L (C-ZIF-L) sebagai material pengisi serta perlakuan annealing pada suhu 120, 150, dan 190°C. Tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan penambahan optimum material pengisi C-ZIF L (0,5; 1,0; dan 1,5 %b/b) serta mendapatkan suhu annealing optimum terhadap kinerja pemisahan gas H₂/CO₂. Fabrikasi MMM dilakukan dalam modul flat-sheet melalui metode inversi fasa. MMM dikarakterisasi untuk menentukan struktur, gugus fungsi, dan morfologi dengan XRD, ATR-FTIR, dan SEM. Hasil karakterisasi XRD menunjukkan peningkatan nilai d-spacing pada membran berpengisi C-ZIF-L dibandingkan dengan membran neat. Perlakuan annealing menunjukkan penurunan nilai d-spacing dibandingkan dengan membran tanpa perlakuan annealing, yang menandakan terjadinya densifikasi matriks polimer. Karakterisasi ATR-FTIR menunjukkan tidak terbentuknya ikatan kimia baru setelah penambahan C-ZIF-L, yang mengindikasikan interaksi fisik. Hasil ATR-FTIR setelah perlakuan annealing menunjukkan struktur PSf tetap terjaga. Karakterisasi SEM menunjukkan dispersi material pengisi yang relatif merata di dalam matriks PSf pada penambahan tertentu. Citra SEM menunjukkan peningkatan Dense Selective Layer (DSL) pada membran yang diberi perlakuan annealing. Kinerja membran diuji melalui uji permeasi gas tunggal untuk gas H₂ dan CO₂. Hasil pengujian menunjukkan bahwa MMM PSf/C-ZIF-L dengan penambahan 1 %b/b memiliki kinerja pemisahan gas terbaik. Membran tersebut menunjukkan peningkatan nilai permeabilitas gas H₂ sebesar 193,78 % dan selektivitas H₂/CO₂ sebesar 108,53 % dibandingkan membran neat. Kinerja pemisahan gas H₂/CO₂ yang diperoleh berada di atas kurva Robeson Upper Bound 2008, menunjukkan bahwa MMM PSf/C-ZIF-L berpotensi tinggi untuk aplikasi pemisahan dan pemurnian gas hidrogen.
=====================================================================================================================================
Membrane technology for gas separation plays a crucial role in various industrial processes, particularly in hydrogen purification. In this study, polysulfone (PSf)-based mixed matrix membranes (MMMs) incorporating carbonized ZIF-L (C-ZIF-L) as a filler material were successfully fabricated, followed by annealing treatments at temperatures of 120, 150, and 190 °C. This study aims to determine the optimum C-ZIF-L loading (0.5, 1.0, and 1.5 %w/w) and the optimum annealing temperature for enhancing H₂/CO₂ gas separation performance. The MMMs were fabricated in a flat-sheet configuration using the phase inversion method. The membranes were characterized to evaluate their structural properties, functional groups, and morphology using X-ray diffraction (XRD), attenuated total reflectance Fourier transform infrared spectroscopy (ATR-FTIR), and scanning electron microscopy (SEM). XRD analysis revealed an increase in d-spacing values for C-ZIF-L-filled membranes compared to the neat PSf membrane. Annealing treatment resulted in a decrease in d-spacing values relative to the non-annealed membranes, indicating polymer matrix densification. ATR-FTIR analysis confirmed the absence of new chemical bond formation after C-ZIF-L incorporation, suggesting that the interaction between the filler and polymer matrix is primarily physical in nature. Furthermore, ATR-FTIR spectra after annealing demonstrated that the PSf chemical structure remained intact. SEM observations indicated a relatively homogeneous dispersion of the filler within the PSf matrix at certain loadings. In addition, SEM images showed an increase in the dense selective layer (DSL) thickness in annealed membranes. Membrane performance was evaluated through single-gas permeation tests using H₂ and CO₂ gases. The results demonstrated that the PSf/C-ZIF-L MMM with 1 %w/w filler loading exhibited the best gas separation performance. This membrane showed an increase in H₂ permeability of 193.78% and H₂/CO₂ selectivity of 108.53% compared to the neat PSf membrane. The obtained H₂/CO₂ separation performance surpassed the Robeson Upper Bound (2008), indicating that PSf/C ZIF L MMMs possess high potential for hydrogen separation and purification applications.

Item Type:	Thesis (Other)
Uncontrolled Keywords:	Annealing, C-ZIF-L, H2/CO2, Membran Matriks Campuran, Polisulfon, Annealing, C-ZIF-L, H2/CO2, Mixed Matrix Membrane, Polysulfone.
Subjects:	Q Science > QD Chemistry Q Science > QD Chemistry > Polymerization Q Science > QD Chemistry > QD63.S4 Separation (Technology)
Divisions:	Faculty of Science and Data Analytics (SCIENTICS) > Chemistry > 47201-(S1) Undergraduate Thesis
Depositing User:	Tifani Djilham Salsabilla
Date Deposited:	03 Feb 2026 09:45
Last Modified:	03 Feb 2026 09:45
URI:	http://repository.its.ac.id/id/eprint/131848

Actions (login required)

View Item