Sintesis Membran Komposit Berbahan Dasar Kitosan dengan Metoda Sol-Gel sebagai Membran Fuel Cell Pada Suhu Tinggi

Authors

  • Nila Tanyela Berghuis Program Studi Kimia Fakultas Sains dan Komputer Universitas Pertamina,, Indonesia
  • Muhammad Ali Zulfikar Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung, Indonesia
  • Deana Wahyuningrum Departemen Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Bandung, Indonesia

DOI:

https://doi.org/10.15575/ak.v7i1.6614

Keywords:

Kitin, kitosan, membran kitosan-TEOS, sol-gel, fuel cell.

Abstract

Kitosan adalah polisakarida kationik yang terdiri dari residu glukosamin dan N-asetil glukosamin yang terikat oleh ikatan β-1,4 glikosidik. Keberadaan gugus alkohol bebas pada kerangka kitosan dapat dimanfaatkan sebagai gugus pembentuk matrik dengan atom lainnya, dalam penelitian ini adalah silika (Si). Kondisi ini dapat dimanfaatkan sebagai bahan dasar sintesis membran sel bahan bakar (Fuel Cell). Sintesis kitosan dilakukan dengan mendeasetilasi kitin yang bersumber dari limbah kulit udang. Membran komposit kitosan-TEOS (Tetraetilortosilikat) telah berhasil disintesis dengan menggunakan variasi nilai konsentrasi kitosan terhadap jumlah TEOS. Membran komposit kitosan-TEOS disintesis dengan menggunakan metoda sol-gel dan pembalikan fasa. Kitosan dan membran komposit yang dihasilkan kemudian dikarakterisasi sifat kimia dan fisika nya yaitu penentuan derajat deasetilasi, penentuan berat molekul rata-rata (Mv), persen kelarutan, analisis struktur dengan menggunakan FTIR, uji ketahanan suhu, analisis morfologi dengan menggunakan SEM, dan kapasitas pertukaran ion (KPI). Hasil karakterisasi menunjukkan derajat deasetilasi kitosan sebesar 79,31% dengan nilai berat molekul rata-rata (Mv) 1,16 x 107 g/mol dan persen kelarutan 1% (v/v) asam asetat. Hasil pengukuran FTIR membran menunjukkan terdapat puncak 1377 cm-1 yang merupakan puncak dari eter siklik, puncak 3454 cm-1 yang merupakan puncak dari O-H, puncak pada 1662-1666 cm-1 yang merupakan puncak dari C=O asetamida, dan 3454-3500 cm-1 yang merupakan puncak N-H, sedangkan puncak 904 cm-1 dan 1091,7 cm-1 menunjukkan adanya ikatan silang antara Si-OH dan Si-O-C (alifatik). Uji ketahanan membran terhadap suhu sebesar 120oC sedangkan nilai konduktivitas ionik terbesar dimiliki oleh tipe membran CTSN-1,5 dengan nilai 0,114 meq/g. Hasil analisis SEM menunjukkan bahwa membran mempunyai struktur yang rapat.

References

E. Agel, J. Bouet, and J.F. Fauvarque, "Characterization and use of anionic membranes for alkaline fuel cells", Journal of Power Sources, vol. 101, no. 2, pp. 267-274, 2001.

D. Shekhawat, D.A. Berry, and J.J. Spivey, Introduction to fuel processing. In Fuel Cells: Technologies for Fuel Processing, Elsevier, pp. 1-9, 2011.

L. JE and A. Dicks, Fuel cell system explained, 2nd edition, Chichester, UK: John Wiley and Sons, 2003.

S.M. Haile, “Fuel Cell materials and componentsâ€, Acta Materialia, vol. 51, no. 19, pp. 5981-6000, 2003.

M. Rikukawa and K. Sanusi, “Proton-Conducting polymer electrolyte membrane based on hydrocarbon polymersâ€, Progress in Polymer Science, vol. 25, no. 10, pp. 1463-1502, 2000.

B. Smitha, S. Sridhar, and A.A. Khan, “Chitosan–sodium alginate polyion complexes as fuel cell membranesâ€, European Polymer Journal, vol. 41, no. 8, pp. 1859-1866, 2005.

K.D. Kreuer, S.J. Paddison, E. Spohr, and M. Schuster, “Transport in proton conductors for fuel-cell applications: simulations, elementary reactions, and phenomenologyâ€, Chemical reviews, vol. 104, no. 10, pp. 4637-4678, 2004.

K. Hong, K. Meyers, and K.S. Lee, “Isolation and characterization of chitin from crawfish shell wasteâ€, Journal of Agricultural and Food Chemistry, vol. 37, no. 3, pp. 575-579, 1989.

M. Campo and J.G. Grigera, “Molecular dynamics simulation of OH-in waterâ€, Molecular Simulation, vol. 30, no. 8, pp. 537-542, 2004.

A. Mokrini, and J.L. Acosta, “New ion conducting systems based on star branched block copolymerâ€, Polymer, vol. 42, no. 21, pp. 8817-8824, 2011.

J. Brugnerotto, J. Lizardi, F.M. Goycoolea, W. Argüelles-Monal, J. Desbrières, and M. Rinaudo, "An infrared investigation in relation with chitin and chitosan characterization", Polymer, vol. 42, no. 8, pp. 3569–3580, 2001.

M. Mulder, Basic Principle of Membrane Technology, Netherlands: Kluwer Academic Publisher, pp. 210-278., 1996.

L. Gabrielli, L. Russo, A.Poveda, J. R. Jones, F. Nicotra, JJ. Jiménezâ€Barbero, and L. Cipolla, “Epoxide opening versus silica condensation during sol–gel hybrid biomaterial synthesisâ€, Chemistry A European Journal, vol. 19, no. 24, pp. 7856-7864., 2013.

C. Li, G. Sun, S. Ren, J. Liu, Q. Wang, Z. Wu, and W. Jin, “Casting Nafion–sulfonated organosilica nano-composite membranes used in direct methanol fuel cellsâ€, Journal of membrane science, vol. 272, no. 1-2, pp. 50-57, 2006.

Y.Y. Wan, K.A.M. Creber, B.A. Peppley, and V.T. Bui, “Ionic conductivity and related properties of crosslinked chitosan membranesâ€, Journal of Applied Polymer Science, vol. 89, no. 2, pp. 306-317, 2003.

Downloads

Published

2020-09-12

Citation Check