4

Bab II

Tinjauan Pustaka

II.1 Membran

II.1.1 Definisi Membran

Secara umum, membran didefinisikan sebagai lapisan tipis yang selektif di antara

dua fasa, yaitu fasa yang akan dipisahkan (fasa umpan) dan fasa hasil pemisahan

(fasa permeat). Membran bisa berbentuk lapisan tebal atau tipis, yang memiliki

struktur homogen atau heterogen dan bisa berperan sebagai penyaring aktif

maupun pasif. Proses pemisahan dengan membran terjadi karena adanya

perbedaan sifat fisika dan kimia antara komponen dalam fasa yang dipisahkan

dengan membran serta adanya gaya dorong yang berupa gradien konsentrasi (ΔC),

gradien tekanan (ΔP), gradien temperatur (ΔT), dan gradien potensial (ΔE)1.

Skema pemisahan dengan membran dapat dilihat pada Gambar II.1.

Gambar II.1 Skema proses pemisahan dengan membran

5

II.1.2 Penggolongan Membran

Membran dapat digolongkan berdasarkan asal, morfologi, struktur, prinsip

pemisahan dan kerapatan pori.

II.1.2.1 Berdasarkan Asalnya

Berdasarkan asalnya, membran dapat digolongkan menjadi dua, yaitu :

a. Membran alamiah, yaitu membran yang terdapat di dalam sel makhluk hidup

baik manusia maupun hewan. Contoh yang termasuk membran alamiah adalah

fosfolipid.

b. Membran sintesis, yaitu membran yang dibuat berdasarkan sifat-sifat

membran alamiah sehingga memiliki sifat dan proses pemisahan yang mirip

dengan membran alamiah. Contoh yang termasuk membran sintesis adalah

membran selulosa asetat dan membran polisulfon.

II.1.2.2 Berdasarkan Perbedaan Morfologi

Berdasarkan morfologinya, membran dapat dibedakan menjadi dua, yaitu :

a. Membran simetri, yaitu membran yang memiliki struktur pori yang homogen

di seluruh bagian membran dan memiliki ukuran pori yang relatif sama pada

kedua sisi membran. Adapun ketebalan membran ini berkisar 10 – 200 μm.

b. Membran asimetri, yaitu membran yang memiliki struktur pori lebih rapat

pada permukaannya dan pori yang lebih besar pada pendukungnya. Membran

ini terdiri dari dua lapisan, yaitu bagian permukaan dengan ketebalan 0,1 – 0,2

μm dan bagian pendukung dengan ketebalan 50 – 200 μm.

6

II.1.2.3 Berdasarkan Struktur dan Prinsip Pemisahan

Berdasarkan struktur dan prinsip pemisahannya, membran dapat dibagi menjadi

tiga, yaitu :

a. Membran berpori, yaitu membran dengan prinsip pemisahan didasarkan pada

perbedaan ukuran partikel dengan ukuran pori membran. Efisiensi pemisahan

oleh membran ini ditentukan oleh ukuran pori dan ukuran partikel yang akan

dipisahkan. Membran ini biasa digunakan dalam proses mikrofiltrasi dan

ultrafiltrasi. Membran ini dibedakan menjadi dua, yaitu membran mesopori

(diameter pori = 0,001 – 0,1 μm) dan membran mikropori (diameter pori = 0,1

– 10 μm).

b. Membran tidak berpori, yaitu membran dengan prinsip pemisahan yang

didasarkan pada perbedaan kelarutan atau kemampuan berdifusi partikel yang

dipisahkan. Membran ini biasa digunakan dalam proses pervaporasi,

pemisahan gas dan dialisis.

c. Membran carrier, yaitu membran dengan prinsip pemisahan tidak ditentukan

oleh sifat membran yang digunakan, melainkan oleh sifat molekul pembawa

(carrier) yang spesifik. Medium pembawa merupakan cairan yang terdapat

dalam pori membran atau gugus fungsi tertentu yang terikat secara kovalen

dalam matriks membran. Permselektivitas membran terhadap suatu komponen

bergantung pada kespesifikan molekul pembawa.

Gambar II.2 Klasifikasi membran berdasarkan perbedaan morfologi (a) membran simetri; (b) membran asimetri

7

II.1.2 Teknik Pembuatan Membran

Terdapat beberapa teknik yang bisa digunakan untuk membuat membran sintetik,

yaitu sintering, streching, track-etching, template-leaching, inversi fasa, proses

sol-gel dan pelapisan larutan1. Pemilihan teknik pembuatan membran ini sangat

menentukan struktur membran yang dihasilkan.

Teknik sintering digunakan untuk menghasilkan membran organik dan anorganik

yang berpori. Pada teknik ini, partikel berupa serbuk dengan ukuran tertentu

diberi tekanan dan dibakar (di-sinter) pada suhu tertentu. Akibatnya, antarmuka

partikel yang berdekatan akan menghilang dan muncul pori-pori baru.

Penggunaan teknik ini sangat luas, mulai dari serbuk polimer (polyethylene,

polytetrafluoroethylene dan polypropylene), logam (stainless stell dan tungsten),

keramik (Al2O3 dan ZrO2), grafit (karbon) dan gelas (silikat). Teknik ini akan

menghasilkan membran berpori, khususnya untuk proses mikrofiltrasi, dengan

ukuran pori sekitar 0,1 – 10 μm.

Untuk membuat membran dengan teknik streching, film yang terbuat dari polimer

semikristalin ditarik terhadap arah ekstrusi sehingga bagian kristalin polimer akan

Gambar II.3 Penggolongan membran berdasarkan struktur dan prinsip pemisahan. (a) membran berpori; (b) membran tidak berpori; (c) membran carrier

8

terorientasi sejajar dengan arah ekstrusi. Teknik ini akan menghasilkan membran

berpori dengan ukuran pori sekitar 0,1 – 3 μm.

Teknik track-etching digunakan untuk membuat membran berpori dengan ukuran

pori sekitar 0,02 – 10 μm. Pori yang dihasilkan berbentuk silinder dengan ukuran

yang sama dan mempunyai distribusi pori yang sempit. Untuk membuat membran

dengan teknik ini, film polimer ditembak dengan partikel radiasi berenergi tinggi

yang tegak lurus terhadap arah film sehingga membentuk lintasan pada matriks

polimer dan kemudian film dimasukkan ke dalam bak berisi larutan asam atau

basa.

Teknik yang lain untuk membuat membran sintetik adalah teknik inversi fasa.

Pada teknik ini terjadi transformasi polimer secara terkontrol dari fasa cair

menjadi fasa padat. Beberapa metode yang digunakan dalam teknik inversi fasa

adalah metode penguapan pelarut, pengendapan dari fasa gas, penguapan

terkontrol, pengendapan termal dan pengendapan dengan perendaman1.

Membran-membran anorganik banyak dibuat dengan metode sol-gel, karena

dengan metode ini proses pembuatan dapat dilakukan pada temperatur kamar.

Metode ini dilakukan melalui proses hidrolisis alkoksida logam untuk

menghasilkan hidroksida logam yang diikuti dengan polikondensasi gugus fungsi

hidroksil sehingga terbentuk jaringan oksida logam5. Metode ini akan

menghasilkan membran anorganik yang memiliki kemurnian tinggi dan

membutuhkan temperatur sintering yang rendah.

II.2 Keramik

Keramik berasal dari bahasa Yunani, yaitu keramos yang berarti suatu bentuk dari

tanah liat (clay) yang mengalami proses pembakaran. Keramik dapat dipandang

sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk menghasilkan barang dari tanah liat

yang dibakar seperti gerabah, porselen, genteng dan sebagainya. Namun

demikian, sekarang ini tidak semua keramik terbuat dari tanah liat. Oleh karena

9

itu, keramik didefinisikan sebagai bahan-bahan yang tersusun dari senyawa

anorganik selain logam dan diolah melalui perlakuan dengan panas pada suhu

tinggi. Senyawa pembentuk keramik merupakan gabungan dari unsur logam dan

non logam seperti alumunium dan oksigen (alumina, Al2O3), silikon dan nitrogen

(silikon nitrida, Si3N4), silikon dan karbon (silikon karbida, SiC) dan sebagainya.

Secara umum, keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia

dibandingkan elemen penyusunnya. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur

kristal, komposisi kimia dan mineral ikutannya. Struktur kristal keramik sangat

rumit dengan sedikit elektron bebas di dalamnya. Akibatnya, sebagian besar

keramik merupakan penghantar listrik dan panas yang buruk.

Secara umum, keramik dibedakan menjadi dua golongan yaitu :

a. Keramik tradisional, yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan

alam, seperti tanah liat (clay), kaolin dan sebagainya. Contoh keramik ini

adalah barang pecah belah (houseware), barang keperluan rumah tangga (ubin

dan genteng). Keramik tradisional memiliki sifat fisik yang rapuh (brittle).

Keramik tradisional dapat digunakan sampai temperatur 1200 oC.

b. Keramik halus (fine ceramics), yaitu keramik yang terbuat dari oksida-oksida

logam, seperti Al2O3, ZrO2, dan lain sebagainya. Keramik ini biasanya

digunakan sebagai semikonduktor, elemen panas, dan sebagainya. Keramik

halus dibuat dengan teknik sintering dan dapat digunakan sampai temperatur

2000 oC.

II.3 Membran Keramik

Dalam proses pembuatannya, keramik dapat menghasilkan pori dengan ukuran

yang seragam. Keramik yang berpori inilah yang mempunyai aplikasi yang luas,

baik di laboratorium maupun industri. Salah satu aplikasi keramik berpori yang

10

banyak dikembangkan para peneliti dan digunakan banyak industri adalah sebagai

membran.

Membran keramik banyak digunakan oleh berbagai industri karena mempunyai

banyak kelebihan dibandingkan dengan membran polimer, yaitu mempunyai

ketahanan kimiawi, ketahanan mekanik dan ketahanan termal yang lebih baik.

Membran keramik banyak diaplikasikan pada proses pemisahan gas pada industri

gas dan minyak bumi, pemurnian air, pemurnian oksigen, klarifikasi dan

sterilisasi produk minuman6, material pendukung katalis, sensor, penyekat termal

dan sebagainya.

Beberapa penelitian yang telah dilakukan oleh Aust et al7, Falamaki et al8, dan

Asaeda et al9 memanfaatkan bahan-bahan anorganik seperti silika, alumina,

titania, dan zirkonia, yang telah umum digunakan sebagai material dasar membran

menjadi suatu membran keramik yang diharapkan mempunyai sifat-sifat yang

lebih baik. Pada umumnya, membran keramik dibuat dari oksida logam seperti

silika, alumina, titania, dan zirkonia serta berbagai material lain yang bisa

didapatkan secara komersial seperti silikon nitrida, silikon karbida dan

sebagainya.

II.4 Pembuatan Membran Keramik

Membran keramik tersusun dari kumpulan partikel-partikel yang berbentuk

butiran sehingga terdapat ruang-ruang kosong (pori) antara partikel tersebut. Pada

membran keramik, susunan, bentuk dan ukuran pori menjadi kunci karakterisasi

membran. Membran keramik dibuat dari butiran-butiran partikel melalui beberapa

proses, yaitu:

a. penyiapan partikel keramik

b. pembuatan campuran

c. pencetakan

d. pembakaran (sintering)

11

Setiap tahapan proses pembentukan membran keramik di atas sangat

mempengaruhi porositas membran keramik.

II.4.1 Penyiapan Partikel Keramik

Untuk mendapatkan membran keramik dengan pori yang seragam dan memenuhi

spesifikasi membran yang diinginkan, maka ukuran partikel diusahakan seragam

(monosize). Jika ukuran partikel tidak seragam, maka partikel yang berukuran

kecil akan mengisi ruang antara partikel yang berukuran besar sehingga

kemungkinan terbentuknya pori semakin kecil. Bila partikel yang digunakan

berukuran seragam, tetapi berukuran besar, maka akan membentuk pori yang

besar pula sehingga membran tidak lagi selektif. Untuk itu, partikel yang

digunakan untuk dijadikan membran keramik sebaiknya berukuran seragam

(monosize) dan halus.

II.4.2 Pembuatan Campuran

Pada penelitian ini, serbuk keramik dicampurkan dengan binder (bahan pengikat)

dengan komposisi tertentu. Binder berfungsi untuk meningkatkan green strength

keramik. Sejumlah binder ditambahkan sebanyak 0–5 % dari berat total membran

keramik. Contoh binder untuk serbuk keramik berupa partikel koloid (selulosa

dan clays) atau binder molekuler seperti parafin, poli(vinil alkohol) atau PVA,

poli(metilmetakrilat) atau PMMA dan sebagainya. Pada penelitian ini, binder

yang digunakan adalah poli(vinil alkohol) atau PVA. Adanya gugus -OH pada

PVA dapat berfungsi sebagai perekat antarpartikel keramik.

II.4.3 Pencetakan

Pencetakan merupakan proses pembentukan campuran keramik menjadi green

body keramik. Untuk campuran yang basah (berupa slurry), pencetakan dilakukan

dengan metode slip casting dan roll forming. Untuk campuran yang kering,

12

pencetakan dilakukan dengan metode dry pressing. Metode ini digunakan secara

luas pada industri keramik. Serbuk keramik yang sudah ditambah binder dengan

jumlah yang tidak terlalu banyak akan membentuk partikel dengan ukuran sekitar

50–100 μm, lebih besar daripada partikel awal (<2 μm). Campuran ini

dimasukkan ke dalam cetakan, kemudian diberi tekanan tertentu sampai

membentuk membran keramik dengan ketebalan tertentu. Penelitian yang

dilakukan Falamaki et al10, menunjukkan bahwa membran alumina-zirkon bisa

dibuat dengan metode dry pressing dengan tekanan sebesar 31,2 MPa. Oleh

karena itu, dalam penelitian ini metode pencetakan yang digunakan adalah metode

dry pressing.

II.4.4 Pembakaran (Sintering)

Setelah dikeringkan beberapa saat, green body keramik dibakar pada temperatur

melewati setengah sampai dua per tiga temperatur titik leleh material pembentuk

keramik. Dalam proses pembakaran, rapat massa semakin meningkat dengan

disertai penurunan porositas dan meningkatnya kekuatan mekanik membran

keramik. Selama pembakaran, ion berdifusi sepanjang batas butir antarpartikel

sehingga memberikan jembatan dan hubungan antara butiran-butiran partikel.

Adapun skema tahapan proses sintering dapat dilihat pada Gambar II.4.

Pada tahap awal, terjadi penghalusan permukaan partikel yang disertai dengan

pembentukan batas butir. Pada tahap ini juga terjadi pembulatan sambungan butir

sehingga membentuk pori terbuka. Setelah itu, terjadi pengerutan pori terbuka dan

Gambar II.4 Skema tahapan proses sintering (a) partikel bebas; (b) tahap awal; (c) tahap lanjutan; (d) tahap akhir11

13

penurunan yang mencolok pada ukuran pori rata-rata pada tahap menengah. Pada

tahap yang terakhir akan terjadi pembentukan pori tertutup dan pori akan

mengerut sampai ukuran yang terkecil.

Pada proses sintering, sering dijumpai adanya vitrifikasi atau pelelehan. Adanya

bahan pengotor dalam green body membran keramik akan bereaksi dengan sisa

padatan sehingga menghasilkan suatu fasa cairan pada permukaan butiran. Cairan

ini membantu mengurangi porositas membran keramik dan berubah menjadi fasa

menyerupai gelas setelah proses pendinginan.

II.5 Zirkonium Silikat (ZrSiO4)

Zirkonium silikat (ZrSiO4) atau sering disebut zirkon dan baddeleyite (ZrO2)

merupakan mineral utama bagi logam zirkonium (Zr). Zirkonium merupakan

logam transisi dengan nomor atom 40. Zirkonium memiliki kelimpahan 0,016 %

di kerak bumi3. Kelimpahan zirkonium ini ke-4 terbanyak dari semua logam

transisi setelah besi (Fe), titanium (Ti) dan mangan (Mn).

ZrSiO4 merupakan pelengkap mineral dalam semua jenis batuan beku, khususnya

pada meneral-mineral silikat seperti granit, granodionit, syenit dan monasit.

Struktur kristal ZrSiO4 berbentuk kristal tetragonal. Adapun warna ZrSiO4

bervariasi dari tidak berwarna, kuning keemasan, merah, coklat sampai hijau.

Gambar II.5 Kristal ZrSiO412

14

ZrSiO4 yang tidak berwarna menunjukkan kualitas yang bagus seperti berlian.

Hasil penelitian yang telah dilakukan Henmi et al13 menunjukkan bahwa ZrSiO4

mengandung berbagai seyawa oksida, antara lain ZrO2 (63,21 %), SiO2 (33,83 %),

HfO2 (1,22 %), CaO (0,62 %), FeO (0,44 %), dan beberapa senyawa oksida yang

lain dengan jumlah yang sangat kecil.

Mineral ZrSiO4 merupakan mineral yang sangat menarik dan banyak terdapat di

kerak bumi. ZrSiO4 merupakan salah satu fasa pertama yang mengkristal dari

magma bekuan. ZrSiO4 merupakan mineral utama untuk memperoleh logam

zirkonium dengan proses Kroll dan proses van Arkel-de Boer3. Logam zirkonium

ini banyak digunakan di industri baja untuk menghasilkan baja tahan karat,

sebagai bahan penyerap neutron di reaktor nuklir dan bila digabungkan dengan

logam niobium akan menghasilkan suatu bahan superkonduktor3.

ZrSiO4 menunjukkan kestabilan kimia yang tinggi9 dan kristal yang terbentuk

tidak mengalami perubahan selama sedimentasi dan metamorfosis batuan. Oleh

karena itu, ZrSiO4 dapat digunakan untuk membedakan batuan granit beku

dengan batuan granit yang terbentuk selama proses metamorfosis batuan14.

Karena ZrSiO4 merupakan material yang mempunyai kestabilan kimia tinggi,

maka kegunaan utama mineral ini adalah sebagai glasir keramik untuk memberi

aspek dekoratif pada keramik serta sebagai lapisan pelindung badan keramik2, 15.

Selain itu beberapa penelitian juga menyebutkan bahwa ZrSiO4 dapat digunakan

sebagai material untuk pembuatan rem non logam16 serta dapat digunakan untuk

memperbaiki gigi17.

Cadangan mineral ZrSiO4 di Indonesia cukup besar, tersebar di beberapa daerah

antara lain di Sumatera Utara, Pulau Bangka, Riau, Sumatera Selatan, dan

Kalimantan Selatan18. Mineral ZrSiO4 biasanya mengendap dalam bentuk pasir

dan terkonsentrasi bersama dengan mineral emas ataupun mineral timah. Menurut

Soepriyanto2, kadar ZrSiO4 dalam tailing pengolahan PT Timah cukup tinggi

15

(sekitar 45 %) dan bila dilakukan proses pemurnian akan dihasilkan ZrSiO4

dengan kadar 99,67 %.

II.6 Vanadium (V) Oksida (V2O5)

Vanadium (V) merupakan logam transisi dengan nomor atom 23. Vanadium

merupakan unsur di batuan bumi dengan kelimpahan sekitar 0,0136 % atau unsur

kimia dengan kelimpahan terbanyak ke-19 dari semua unsur kimia yang

membentuk batuan bumi3. Selain itu, vanadium juga memiliki kelimpahan ke-5

terbanyak dari semua logam transisi yang membentuk kerak bumi setelah besi

(Fe), titanium (Ti), mangan (Mn) dan zirkonium (Zr). Kegunaan logam vanadium

dan senyawa-senyawanya antara lain sebagai bahan aditif pada baja, katalis,

fungisida, insektisida, obat-obatan, dan sebagainya3, 19.

Logam vanadium yang murni berwarna perak mengkilap dan mempunyai titik

leleh 1700 oC. Kristal vanadium mempunyai struktur kubus berpusat badan (body

centered cubic, bcc)19. Vanadium biasanya ditemukan dalam bentuk senyawa

yang sederhana, yaitu sulfida dan oksida3, 19. Mineral vanadium yang utama

adalah patronite (VS4), vanadinite (PbCl2.3Pb3(VO4)2) dan carnotite

(K(UO2)(VO4).15H2O)3.

Senyawa vanadium yang paling penting adalah vanadium (V) oksida (V2O5).

V2O5 yang murni berwarna kuning oranye sampai merah bata yang diperoleh dari

pemanasan amonium metavanadat (NH4VO3)3, 20.

Dekomposisi secara termal terhadap amonium metavanadat (NH4VO3) di udara

melalui tahapan pembentukan senyawa NH4V3O8 pada suhu 190–250 oC

merupakan metode yang paling umum untuk memperoleh vanadium (V) oksida

(V2O5). Pada proses dekomposisi tersebut, pada suhu sekitar 160–190 oC terjadi

pembentukan senyawa antara (NH4)2V4O11 atau NH4V3O8.0,5H2O tergantung

pada kemurnian senyawa NH4VO3 yang digunakan20.

16

Mekanisme dekomposisi NH4VO3 dapat dilihat pada Gambar II.5.

V2O5 merupakan katalis yang serbaguna3. Penggunaannya yang paling penting

adalah pada industri asam sulfat yaitu untuk mengoksidasi SO2 menjadi SO3 pada

proses kontak. V2O5 menggantikan katalis yang digunakan sebelumnya yaitu

logam platina yang cenderung jauh lebih mahal3, 19. V2O5 juga digunakan sebagai

katalis reaksi oksidasi berbagai senyawa organik dengan udara atau H2O2, katalis

reduksi olefin (alkena) dan senyawa hidrokarbon aromatik dengan H23. Beberapa

penelitian juga menunjukkan bahwa V2O5 dapat digunakan sebagai katalis untuk

mengoksidasi metana dalam fasa cair21, 22, katalis pada reaksi esterifikasi aldehid

dengan H2O223 dan sensor optik hidrogen4. Bila V2O5 digabung dengan katalis

yang lain, misalnya TiO2, maka akan lebih meningkatkan sifat fotokatalitik

TiO224. Gabungan katalis tersebut dapat digunakan sebagai katalis untuk

mereduksi Hg2+ dalam fasa cair25 dan sebagai katalis dalam oksidasi klorofenol26.

II.7 Karakterisasi Membran

Untuk melihat sifat dan karakteristik membran keramik yang telah dibuat,

dilakukan karakterisasi meliputi permeabilitas air membran, analisis struktur

dengan difraksi sinar-X (X-Ray Diffraction) dan analisis morfologi dengan

mikroskop elektron (Scanning Electron Microscopy).

Gambar II.5 Mekanisme dekomposisi NH4VO3

20

17

II.7.1 Permeabilitas dan Permselektivitas Membran

Permeabilitas membran merupakan salah satu cara karakterisasi membran yang

berkaitan dengan ukuran dan jumlah pori pada membran. Untuk menentukan

permeabilitas membran, membran diletakkan dalam sel aliran kontinu dengan

larutan umpan berupa air suling. Sebelum dilakukan pengukuran, struktur pori

membran dipadatkan (dikompaksi) selama beberapa saat dengan tekanan atau laju

alir tertentu sampai diperoleh volum permeat yang tetap. Kemudian pengukuran

dilakukan dengan cara menampung permeat yang keluar melalui membran setiap

5–10 menit.

Permeabilitas membran dinyatakan sebagai fluks (J) dengan satuan L m-2 h-1.

Fluks membran dihitung menggunakan persamaan:

(II.1)

dengan : J = fluks membran (L m-2 h-1)

V = volume permeat (L)

A = luas efektif membran (m2)

t = waktu pengukuran(h)

Fluks yang dinyatakan dalam persamaan II.1 dapat dihitung dengan menggunakan

pendekatan :

(II.2)

Permselektivitas membran (koefisien rejeksi) merupakan ukuran kemampuan

suatu membran untuk menahan suatu spesi atau melewatkan spesi tertentu.

Permelektivitas membran bergantung pada antaraksi membran dengan spesi yang

akan dipisahkan dan ukuran spesi serta ukuran pori membran.

tAVJ×

=

dtdV

A1 J =

18

Permselektivitas membran dinyatakan sebagai rejeksi membran. Rejeksi membran

dihitung dengan persamaan:

% 100 CC

- 1 Rf

P ×⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛= (II.3)

dengan : R = rejeksi membran

Cp = konsentrasi permeat

Cf = konsentrasi larutan umpan

II.7.2 Densitas Membran

Untuk menentukan densitas atau massa jenis membran keramik digunakan metode

piknometri. Spesimen yang ingin diketahui massa jenisnya ditimbang bersama

dengan cairan yang telah diketahui densitasnya. Syarat cairan yang digunakan

adalah cairan yang tidak bereaksi dengan spesimen serta tidak melarutkan

spesimen. Massa jenis spesimen dihitung melalui persamaan II.4.

(II.4)

dengan : w0 = massa piknometer kosong

w1 = massa piknometer + spesimen

w2 = massa piknometer + spesimen + cairan

w3 = massa piknometer + cairan

II.7.3 Difraksi Sinar-X (X-Ray Diffraction)

Teknik difraksi sinar-X digunakan untuk mengidentifikasi struktur fasa kristalin

sampel yang berupa bubuk. Fasa kristalin tersebut akan mendifraksikan sinar-X

menurut hukum Bragg:

( )( ) ( ) ( ) udaraudaracairan

3201

01spesimen -

w- w - w- w w- w

ρρρρ +⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡=

19

(II.5)

dengan : θ = sudut difraksi kisi kristal

d = jarak antar kisi

λ = panjang gelombang sinar -X

n = bilangan bulat; 1, 2, 3, …

Analisis dengan teknik difraksi sinar-X dilakukan dengan cara menembak sampel

dengan elektron penembak yang mempunyai energi kinetik tinggi. Elektron

penembak ini mampu melempar elektron di kulit K keluar dan menyebabkan

kekosongan di kulit K. Elektron dari kulit yang lebih luar dapat mengisi

kekosongan tersebut disertai emisi radiasi sinar-X. Jika elektron pengisi berasal

dari kulit L, maka sinar-X yang diemisikan disebut sinar-X Kα. Jika elektron

pengisi berasal dari kulit M, maka sinar-X yang diemisikan disebut sinar-X Kβ.

Setiap material mempunyai pola difraksi yang khas. Oleh karena itu, identifikasi

kristal dilakukan dengan membandingkan nilai 2θ hasil percobaan dengan 2θ

menurut literatur.

II.7.4 Scanning Electron Microscopy (SEM)

Untuk memperoleh gambaran mengenai struktur mikro permukaan dan

penampang lintang membran keramik digunakan mikroskop elektron (Scanning

Electron Microscopy).

Mikroskop elektron bekerja dengan cara menembakkan elektron primer ke arah

spesimen sampel. Berkas elektron yang mengenai spesimen sampel akan

dipantulkan berupa elektron sekunder yang nantinya akan dideteksi oleh detektor.

Adapun prinsip kerja mikroskop elektron dapat dilihat pada Gambar II.6.

θλ sin 2dn =

20

Untuk dapat dianalisis dengan mikroskop elektron, permukaan sampel harus

bersifat konduktif secara listrik. Oleh karena itu, permukaan sampel yang bukan

konduktor perlu diberi lapisan tipis logam seperti emas (Au) atau paladium (Pd).

Selain itu, permukaan sampel harus bersih dari pengotor. Adanya material atau

pengotor pada permukaan sampel yang tidak konduktif akan menyebabkan

gambar yang dihasilkan oleh mikroskop elektron berwarna sangat terang.

II.7.5 Energy Dispersive X-ray (EDX)

Analisis EDX merupakan teknik analisis yang terintegrasi dengan SEM. EDX

digunakan untuk menganalisa komposisi elemental dari volum mikro sampel,

sehingga EDX sering disebut sebagai analisis mikro. Sebagaimana pada SEM,

sampel yang akan dianalisis dikenai elektron berenergi tinggi. Tumbukan elektron

berenergi tinggi pada permukaan sampel menyebabkan elektron pada kulit bagian

dalam atom sampel akan tereksitasi. Akibatnya terjadi kekosongan elektron pada

kulit tersebut. Kekosongan ini akan diisi oleh elektron yang berada pada kulit

Gambar II.6 Prinsip kerja mikroskop elektron

21

yang lebih luar dari inti. Perpindahan elektron ke kulit yang lebih dekat dengan

inti akan disertai pelepaskan energi. Energi ini merupakan radiasi elektromagnetik

pada panjang gelombang sinar-X yang besarnya khas untuk tiap atom atau unsur.

Pada EDX, sinar-X yang diemisikan dikonversi dan disimpan secara elektronik

dan bukan dengan difraksi kristal.