Fabrikasi Dan Karakterisasi Membran Polyvinylidene Fluoride (PVDF) Termodifikasi Hidrofilik Melalui Pencampuran Zat Aditif Dalam Pelarut Cyrene

Rizqi, Rachma Alfiana and Prof. Dr. Ir. Yusuf Wibisono,, S.TP., M.Sc., IPM, ASEAN.Eng and Wahyunanto Agung Nugroho,, S.TP., M.Eng, Ph.D (2024) Fabrikasi Dan Karakterisasi Membran Polyvinylidene Fluoride (PVDF) Termodifikasi Hidrofilik Melalui Pencampuran Zat Aditif Dalam Pelarut Cyrene. Magister thesis, Universitas Brawijaya.

Abstract

CyreneTM or dihydrolevoglucosenone is a non-toxic dipolar aprotic solvent synthesized from cellulose-based biomass thus biodegradable. CyreneTM is able to dissolve polymers because of its dipolar aprotic properties, one of which is PVDF. PVDF has gained great attention as a polymer material for membrane manufacturing because of its superior properties over other commercial polymer materials, such as high mechanical strength, thermal stability and good chemical resistance. This makes CyreneTM is highly potential to be utilized as a green solvent in manufacturing PVDF membranes fior water treatment application. However, its hydrophobic properties make PVDF membranes more susceptible to fouling. Therefore, increased hydrophilicity of the membrane is required through hydrophilic modification to mitigate fouling. In this study, PVDF membranes were manufactured using CyreneTM as a green solvent through the NIPS (non-solvent induced phase separation) phase inversion technique. Subsequently, hydrophilic modifications were performed by blending additives PEG and PVP to improve membrane surface hydrophilicity. The composition of the PVDF polymer used is 13wt% with variations in the concentration of the additive: 1wt%, 3wt%, and 5wt%. This study was divided into 3 phases, starting from membrane fabrication, characterization of intrinsic properties, characterization of membrane filtration performance, dan finally statistical analysis by ANOVA. Fabrication of PVDF membrane with additives (PEG and PVP) via NIPS was done successfully. SEM results show that almost all membranes acquired a bicontinuous interconnected structure, except PVDF/Cyr/PEG-5 where the morphology changed into a nodular spherulitic structure. FTIR analysis showed the presence of hydroxyl group belonging to PEG at all concentration levels but failed to show presence of functional groups belonging to PVP which indicates that leaching occurred. CFP test results show that the use of both PEG and PVP resulted in MFP enlargement at the highest concentration level (5wt%) indicating a pore-forming role. ANOVA at 95% confidence showed that the type and concentration of additives both have significantly different effects on membrane thickness, tensile strength and elasticity, and hydrophilicity. The addition of PEG at all concentration levels caused a decrease in static contact angle, with the smallest value of 74,57° obtained at 3wt%, showing its role as hydrophilizer. However, the use of PVP actually strengthens the hydrophobicity of PVDF membranes. It can also be seen that the type and concentration of additive both have a significant influence on membrane filtration performance based on parameters of initial clean water permeability, rejection coefficient, fouling resistance, and permeance recovery.

English Abstract

CyreneTM atau dihydrolevoglucosenone merupakan sebuah pelarut dipolar aprotik yang bersifat non-toksik dan diketahui mampu melarutkan polimer karena sifatnya yang dipolar aprotik, salah satunya adalah PVDF. PVDF telah mendapat perhatian besar sebagai bahan polimer untuk fabrikasi membran karena dikenal dengan sifatnya yang unggul. Kemampuannya untuk melarutkan polimer membuat CyreneTM sangat berpotensi untuk dimanfaatkan sebagai pelarut hijau dalam fabrikasi membran PVDF untuk diaplikasikan sebagai media filtrasi pada pengolahan air. Namun, sifatnya yang hidrofobik membuat membran PVDF lebih rentan terhadap fouling. Oleh karena itu, diperlukan peningkatan hidrofilisitas membran melalui modifikasi hidrofilik untuk memitigasi fouling. Pada penelitian ini dilakukan fabrikasi membran PVDF menggunakan CyreneTM sebagai pelarut hijau melalui teknik inversi fasa NIPS (non-solvent induced phase separation). Modifikasi hidrofilik dilakukan melalui metode blending zat aditif berupa PEG dan PVP untuk meningkatkan hidrofilisitas permukaan membran. Komposisi polimer PVDF yang digunakan adalah 13wt% dengan variasi konsentrasi zat aditif yaitu 1wt%, 3wt%, dan 5wt%. Tahapan dari penelitian ini terdiri dari fabrikasi membran, karakterisasi sifat intrinsik dan kinerja filtrasi membran, dan analisis statistik menggunakan ANOVA. Fabrikasi membran PVDF dengan penambahan aditif (PEG dan PVP) dalam pelarut CyreneTM melalui NIPS telah berhasil dilakukan. Uji SEM menunjukkan keseluruhan membran memiliki struktur bicontinuous interconnected terkecuali PVDF/Cyr/PEG-5 dimana terjadi perubahan morfologi menjadi nodular spherulitic. Analisis FTIR menunjukkan adanya gugus hidroksil milik PEG pada seluruh taraf konsentrasi namun tidak menunjukkan adanya gugus fungsional milik PVP pada taraf konsentrasi manapun yang mengindikasikan PVP seluruhnya mengalami leaching. Berdasarkan hasil pengujian CFP, diketahui bahwa penggunaan PEG maupun PVP pada konsentrasi tertinggi (5wt%) menyebabkan perbesaran MFP yang menunjukkan adanya peran pore-forming. Selain itu, hasil analisis sidik ragam pada selang kepercayaan 95% menunjukkan bahwa jenis dan konsentrasi aditif memberikan pengaruh yang berbeda nyata terhadap ketebalan membran, kuat tarik dan elastisitas membran, dan hidrofilisitas. Penambahan aditif PEG pada seluruh taraf konsentrasi menyebabkan pernurunan nilai sudut kontak statis, dengan nilai terkecil didapatkan pada konsentrasi 3wt% sebesar 74,57°. Hal ini mendukung pernyataan mengenai peran PEG sebagai hydrophilizer. Akan tetapi, penggunaan PVP justru memperkuat sifat hidrofobik membran PVDF. Pada tahap karakterisasi kinerja filtrasi membran dapat diketahui bahwa pada selang kepercayaan 95%, jenis dan konsentrasi aditif memberikan pengaruh yang nyata terhadap kinerja membran berdasarkan parameter permeabilitas air bersih awal, koefisien rejeksi, resistensi fouling dan permeance recovery.

Item Type:	Thesis (Magister)
Identification Number:	042410
Uncontrolled Keywords:	: Fabrikasi Membran, Inversi Fasa, Modifikasi Hidrofilik, CyreneTM, PVDF -Membrane Fabrication, Phase Inversion, Hydrophilic Modification, CyreneTM, PVDF
Divisions:	S2/S3 > Magister Keteknikan Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian
Depositing User:	Sugeng Moelyono
Date Deposited:	11 Nov 2024 02:51
Last Modified:	11 Nov 2024 02:51
URI:	http://repository.ub.ac.id/id/eprint/228513

Text (DALAM MASA EMBARGO) Rachma Alfiana Rizqi.pdf Restricted to Registered users only Download (4MB)

Actions (login required)

View Item