Electronic Theses and Dissertation

Membran poliuretan merupakan salah satu membran yang terus berkembang, perkembangan tersebut mulai dari sintesis sampai dengan aplikasinya. Membran poliuretan dapat disintesis menggunakan bahan alam yang memiliki banyak kandungan gugus hidroksil (-OH). Rumput laut merah (Gracilaria verrucosa Greville) merupakan bahan alam yang direkomendasikan untuk bahan baku sintesis membran poliuretan, karena selain ketersediaannya yang melimpah, mudah dibudidaya dan harganya yang murah, rumput laut merah juga memiliki banyak gugus –OH yang merupakan pembentuk ikatan uretan. Pemanfaatan rumput laut merah dalam bentuk biomassa/red seaweed biomass (RSB), untuk bahan baku sintesis membran poliuretan/polyurethane membranes of red seaweed biomass (PUM-RSB), yang diaplikasikan untuk menurunkan kadar amonia di dalam air dengan metode filtrasi dan adsorpsi merupakan tujuan dari penelitian ini. Response Surface Methodology (RSM) dengan Box-Behnken Design, digunakan sebagai desain penentuan variasi komposisi sintesis PUM-RSB. Desain ini menggunakan Software Design Expert Version 10.0.3.0 dengan 3 faktor (RSB, toluen diisosianat dan gliserin) dan 3 level (rendah, sedang dan tinggi). Tahapan dalam penelitian ini meliputi sintesis PUM-RSB secara trial and error, penentuan desain komposisi sintesis PUM-RSB, sintesis PUM-RSB berdasarkan desain komposisi, aplikasi PUM-RSB untuk menurunkan kadar amonia dengan metode filtrasi dan metode adsorpsi, penentuan isoterm dan kinetika adsorpsi, serta karakterisasi membran pada setiap tahapan. PUM-RSB yang dihasilkan memiliki fisik yang kuat, kering, sedikit elastis dan tidak mudah sobek. Sifat termal dan mekanik yang dimiliki oleh PUM-RSB yaitu memiliki suhu degradasi pada 259°C, yang merupakan degradasi ikatan uretan dari hard segment serta memiliki nilai tegangan 69,3 MPa dan elongasi 5,74%. Model quadratic dipilih pada desain Box–Behnken, karena desain ini memiliki nilai p-value yang signifikan dengan menghasilkan komposisi optimal untuk sintesis PUM-RSB yaitu RSB 0,176 g, toluen diisosianat 3,000 g, dan gliserin 0,200 g. Isoterm adsorpsi ammonia menggunakan PUM-RSB mengikuti isoterm Langmuir dan Freundlich dengan kinetika adsorpsi mengikuti pseudo orde I dan II, mekanisme adsorpsi secara fisika (fisisorpsi) dan kimia (chemisorption) dengan asumsi terjadinya ikatan antara anion -SO42- dengan kation NH4+ membentuk amonium sulfat (NH₄)₂SO₄, serta antara isosianat (NCO) sisa dengan kation NH4+ membentuk urea tersubstitusi. Berdasarkan uraian tersebut dapat disimpulkan bahwa rumput laut merah dari jenis Gracilaria verrucosa Greville merupakan salah satu bahan alam yang berpotensi digunakan sebagai bahan baku sintesis membran poliuretan.

Polyurethane membrane is one of the membranes that continues to develop, the development starts from synthesis to application. Polyurethane membranes can be synthesized using natural materials that contain many hydroxyl groups (-OH). Red seaweed (Gracilaria verrucosa Greville) is a natural material that is recommended for raw material for the synthesis of polyurethane membranes, because in addition to its abundant availability, easy cultivation and low price, red seaweed also has many –OH groups which form urethane bonds. Utilization of red seaweed biomass (RSB) as raw material for the synthesis of polyurethane membranes (PUM-RSB) which is applied to reduce ammonia levels in water by filtration and adsorption methods is the goal of this research. Response Surface Methodology (RSM) with Box-Behnken Design, was used as a design for determining variations in the composition of the PUM-RSB synthesis. This design uses Software Design Expert Version 10.0.3.0 with 3 factors (RSB, toluene diisocyanate and glycerin) and 3 levels (low, medium and high). The steps in this research include the synthesis of PUM-RSB by trial and error, determination of the composition design for the synthesis of PUM-RSB, the synthesis of PUM-RSB based on the composition design, application of PUM-RSB to reduce ammonia levels by filtration and adsorption methods, determination of isotherms and adsorption kinetics, as well as membrane characterization at each stage. The PUM-RSB produced is physically strong, dry, slightly elastic and not easily torn. The thermal and mechanical properties of PUM-RSB are that it has a degradation temperature of 259°C which is the degradation of the urethane bond from the hard segment and has a stress value of 69.3 MPa and a nominal strain of 5.74%. The quadratic model was chosen in the Box–Behnken design because this design has a significant p-value by producing the optimal composition for the synthesis of PUM-RSB, namely 0.176 g RSB, 3,000 g toluene diisocyanate, and 0.200 g glycerin. Ammonia adsorption isotherm using PUM-RSB follows the Langmuir and Freundlich isotherm with adsorption kinetics following pseudo order I and II, adsorption mechanism physically (physisorption) and chemical (chemisorption) with the assumption that the anion -SO42- and NH4+ cations to form ammonium sulfate (NH₄)₂SO₄ and between isocyanates (NCO) residue with NH4+ cations to form substituted urea. Based on this description, it can be concluded that red seaweed of the Gracilaria verrucosa Greville species is one of the natural materials that has the potential to be used as raw material for the synthesis of polyurethane membranes.