Electronic Theses and Dissertation

Ketersediaan air bersih yang semakin terbatas mendorong pengembangan teknologi pemisahan berbasis membran sebagai salah satu solusi yang efektif dan berkelanjutan. Polyvinylidene fluoride (PVDF) merupakan polimer yang banyak digunakan dalam pembuatan membran karena memiliki ketahanan kimia, stabilitas termal, dan kekuatan mekanik yang baik, namun sifat hidrofobiknya membuat membran rentan terhadap fouling sehingga menurunkan performa filtrasi. Untuk mengatasi kelemahan tersebut, penelitian ini mengusulkan modifikasi membran PVDF dengan penambahan vanilin, senyawa fenolik alami yang bersifat hidrofilik dan antimikroba, melalui mekanisme koordinasi dengan ion Fe³⁺ sebagai penghubung kimia. Penelitian ini bertujuan untuk mensintesis membran PVDF termodifikasi vanilin–Fe³⁺ untuk mengkaji pengaruh modifikasi terhadap karakteristik dan kinerja membran, serta mengevaluasi sifat antifouling dan stabilitas operasi jangka panjangnya guna mendukung keberlanjutan proses pengolahan air. Metode yang digunakan meliputi sintesis membran termodifikasi menggunakan teknik inversi fasa, karakterisasi struktur dan morfologi membran dengan FTIR dan SEM, serta evaluasi kinerja melalui pengukuran fluks air murni, rejeksi asam humus, ketahanan terhadap fouling, dan stabilitas jangka panjang. Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran M-PV/Fe³⁺ merupakan membran ultrafiltrasi yang menunjukkan peningkatan fluks air dari 2,89 L/m².jam menjadi 12,38 L/m².jam dan penurunan sudut kontak dari 86,45° menjadi 64,26°, yang mengindikasikan peningkatan hidrofilisitas yang signifikan. Selain itu, M-PV/Fe³⁺ memiliki ketahanan terhadap fouling yang sangat baik, dengan Flux Recovery Ratio (FRR) yang tinggi mencapai 97,42% dan menunjukkan stabilitas kinerja yang baik selama 3 siklus operasi dengan penurunan fluks hanya sekitar 5,4%. Efek sinergis antara vanilin dan ion Fe³⁺ berhasil meningkatkan morfologi pori dan sifat kimia permukaan, menghasilkan membran dengan keseimbangan ideal antara fluks tinggi dan sifat antifouling yang kuat. Penggunaan perisa vanilin dapat menjadi alternatif bio-aditif yang berpotensi menjadi alternatif yang lebih ekonomis, ramah lingkungan, dan mudah diperoleh untuk meningkatkan kinerja membran PVDF.

The increasing scarcity of clean water has driven the development of membrane-based separation technologies as an effective and sustainable solution. Polyvinylidene fluoride (PVDF) is a widely used polymer for membrane fabrication due to its excellent chemical resistance, thermal stability, and mechanical strength. However, its hydrophobic nature makes PVDF membranes highly susceptible to fouling, resulting in a decline in filtration performance. To address this limitation, this study proposes the modification of PVDF membranes by incorporating vanillin, a natural phenolic compound with hydrophilic and antimicrobial properties, through a coordination mechanism with Fe³⁺ ions acting as chemical linkers. This study aims to synthesize vanillin–Fe³⁺ modified PVDF membranes to investigate the effects of modification on membrane characteristics and performance, as well as to evaluate their antifouling properties and long-term operational stability in support of sustainable water treatment processes. The methodology involved the fabrication of modified membranes using the phase inversion technique, characterization of membrane structure and morphology using FTIR and SEM, and performance evaluation through pure water flux, humic acid rejection, fouling resistance, and long-term stability tests. The results demonstrated that the M-PV/Fe³⁺ membrane is an ultrafiltration membrane exhibiting a significant increase in water flux from 2.89 to 12.38 L/m²·h and a decrease in contact angle from 86.45° to 64.26°, indicating substantially enhanced hydrophilicity. Furthermore, the M-PV/Fe³⁺ membrane exhibited excellent fouling resistance, achieving a high Flux Recovery Ratio (FRR) of 97.42% and maintaining stable performance over three operating cycles with only approximately 5.4% flux decline The synergistic effect between vanillin and Fe³⁺ ions successfully enhanced the pore morphology and surface chemical properties of the membrane, resulting in an optimal balance between high permeate flux and strong antifouling performance. The use of vanillin as a bio-based additive offers a promising alternative for improving PVDF membrane performance, as it is potentially more economical, environmentally friendly, and readily available.