Modifikasi membran gelatin/PEG tersubstrat nilon dari limbah dengan variasi komposisi gelatin

ABSTRAK:

Pencemaran lingkungan akibat limbah polimer sintetis seperti nilon serta zat warna sintetis seperti Rhodamin B memerlukan teknologi pengolahan yang efektif dan berkelanjutan. Limbah nilon yang bersifat non-biodegradable berpotensi mencemari lingkungan, namun dapat dimanfaatkan sebagai substrat membran filtrasi. Meskipun memiliki kekuatan mekanik yang baik, membran nilon murni masih memiliki keterbatasan berupa ukuran pori yang relatif besar. Oleh karena itu, penelitian ini bertujuan memodifikasi membran berbasis limbah nilon menggunakan gelatin dan polyethylene glycol (PEG) untuk meningkatkan karakteristik dan performa filtrasinya. Penelitian ini bertujuan untuk memanfaatkan kain nilon sebagai substrat dan memodifikasinya menggunakan gelatin dan polyethylene glycol (PEG) melalui metode pelapisan serta mengkaji pengaruh variasi gelatin terhadap karakteristik dan performa membran yang dihasilkan. Membran dibuat menggunakan metode inversi fasa dan pelapisan menggunakan gelatin/PEG dengan teknik vakum. Larutan gelatin/PEG dibuat dengan variasi konsentrasi gelatin 3, 5, dan 7%, sedangkan konsentrasi PEG dibuat tetap. Karakterisasi membran dilakukan menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), pengukuran sudut kontak, uji kuat tarik, swelling, dan porositas. Kinerja membran dievaluasi melalui filtrasi larutan Rhodamin B berdasarkan nilai fluks dan persen rejeksi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa peningkatan konsentrasi gelatin menghasilkan struktur membran yang lebih rapat dengan ukuran pori yang lebih kecil sehingga meningkatkan selektivitas, namun menurunkan fluks. Membran nilon murni memiliki fluks tertinggi sebesar 906,21 L·m⁻²·jam⁻¹ dengan rejeksi 37,81%. Membran dengan gelatin 5% menunjukkan performa terbaik dengan rejeksi tertinggi sebesar 48,72% dan fluks 2,89 L·m⁻²·jam⁻¹. Sementara itu, penambahan gelatin hingga 7% menyebabkan penurunan performa akibat aglomerasi yang menghasilkan struktur kurang homogen. Secara keseluruhan, modifikasi membran gelatin/PEG tersubstrat nilon mampu meningkatkan kinerja pemisahan Rhodamin B dan berpotensi diterapkan dalam pengolahan limbah cair.

ABSTRACT:

Environmental pollution from synthetic polymer waste such as nylon and synthetic dyes such as Rhodamin B requires effective and sustainable treatment technologies. Non-biodegradable nylon waste has the potential to pollute the environment, but it can be used as a filtration membrane substrate. Despite having good mechanical strength, pure nylon membranes still have limitations in the form of relatively large pore sizes. Therefore, this study aims to modify a nylon waste-based membrane using gelatin and polyethylene glycol (PEG) to improve its filtration characteristics and performance. This study aims to utilize nylon fabric as a substrate and modify it using gelatin and polyethylene glycol (PEG) through the coating method and examine the influence of gelatin variations on the characteristics and performance of the resulting membrane. The membrane is made using the phase inversion method and coating using gelatin/PEG with vacuum technique. The gelatin/PEG solution is made with variations of gelatin concentrations of 3, 5, and 7%, while the PEG concentration is made constant. Membrane characterization was performed using Scanning Electron Microscopy (SEM), X-Ray Diffraction (XRD), contact angle measurement, tensile strength, swelling, and porosity tests. The membrane performance was evaluated through filtration of the Rhodamin B solution based on flux values and percent rejection. The results showed that increased gelatin concentration resulted in a denser membrane structure with a smaller pore size that increased selectivity, but decreased flux. Pure nylon membrane has the highest flux of 906.21 L·m⁻²·hours⁻¹ with 37.81% rejection. Membranes with 5% gelatin show the best performance with the highest rejection of 48.72% and a flux of 2.89 L·m⁻²·jam⁻¹. Meanwhile, the addition of gelatin up to 7% causes a decrease in performance due to agglomeration resulting in a less homogeneous structure. Overall, the modification of the nylon-substrateed gelatin/PEG membrane is able to improve the separation performance of Rhodamin B and has the potential to be applied in liquid waste treatment.

مستخلص البحث:

يتطلب التلوث البيئي الناتج عن نفايات البوليمر الصناعي مثل النايلون والأصباغ الصناعية مثل رودامين B تقنيات معالجة فعالة ومستدامة. النفايات غير القابلة للتحلل من النايلون قد تلوث البيئة، لكنها يمكن استخدامها كركيزة غشاء ترشيح. على الرغم من امتلاكها قوة ميكانيكية جيدة، إلا أن أغشية النايلون النقي لا تزال تعاني من قيود على شكل أحجام مسام كبيرة نسبيا. لذلك، تهدف هذه الدراسة إلى تعديل غشاء نايلون يعتمد على نفايات باستخدام الجيلاتين والبولي إيثيلين جليكول (PEG) لتحسين خصائص الترشيح وأدائه. تهدف هذه الدراسة إلى استخدام قماش النايلون كركيزة وتعديله باستخدام الجيلاتين والبولي إيثيلين جليكول (PEG) من خلال طريقة الطلاء ودراسة تأثير تغيرات الجيلاتين على خصائص وأداء الغشاء الناتج. يتم صنع الغشاء باستخدام طريقة انقلاب الطور والطلاء باستخدام الجيلاتين/PEG مع تقنية الفراغ. يتم تصنيع محلول الجيلاتين/PEG بتغيرات في تركيزات الجيلاتين بنسبة ٣٫٥٫٧٪، بينما يتم تثبيت تركيز PEG. تم إجراء توصيف الأغشية باستخدام المجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، وحيود الأشعة السينية (XRD)، وقياس زاوية التلامس، وقوة الشد، والتورم، واختبارات المسامية. تم تقييم أداء الغشاء من خلال ترشيح محلول رودامين B بناء على قيم التدفق ونسبة الرفض. أظهرت النتائج أن زيادة تركيز الجيلاتين أدت إلى بنية غشاء أكثر كثافة مع حجم مسام أصغر، مما زاد من الانتقائية لكنه قلل من التدفق. الغشاء النايلون النقي له أعلى تدفق يبلغ ٩۰٦٫۲١ لتر·م⁻²·ه⁻¹ مع رفض بنسبة ٣٧٫٨١٪. الأغشية التي تحتوي على جيلاتين بنسبة ٥٪ تظهر أفضل أداء مع أعلى رفض بنسبة ٤٨٫٧۲٪ وتدفق ۲٫٨٩. لتر·م⁻²·س⁻¹. وفي الوقت نفسه، فإن إضافة الجيلاتين حتى ٧٪ تسبب انخفاضا في الأداء بسبب التراكم، مما يؤدي إلى بنية أقل تجانسا. بشكل عام، يمكن لتعديل غشاء الجيلاتين/PEG المملح بالنايلون تحسين أداء الفصل لرودامين B وله القدرة على تطبيقه في معالجة النفايات السائلة.