pengaruh ketebalan substrat mikroserat acak polipropilena … · 2020. 5. 4. · mikrometer sekrup...

Jurnal ILMU DASAR, Vol.20 No. 2, Juli 2019 : 95-104 95

Journal homepage: https://jurnal.unej.ac.id/index.php/JID

Pengaruh Ketebalan Substrat Mikroserat Acak Polipropilena TerhadapKinerja Filtrasi Udara Membran Nanoserat Poliakrilonitril

The Effect of Nonwoven Microfiber Substrate Polypropylene Thickness to AirFiltration Performance of Polyacrilonitrille Nanofiber

Abdul Rajak1*), Tri Siswandi Syahputra1, Muhammad Miftahul Munir2, Khairurrijal2

1Program Studi Fisika, Jurusan Sains, Institut Teknologi Sumatera2Program Studi Fisika, FMIPA, Institut Teknologi Bandung

*E-mail: [email protected]

ABSTRACTSince a nanofiber medium on itself is soft and fragile and cannot be used alone as air filters.Coating nanofiber on a rigid substrate to form a composite that can be handled readily isnecessary. Beside can improve the filtration efficiency, adding the substrate will also save the useof nanofibers mat itself. The aim of this study is to evaluate the effect of substrate thickness on theperformance of nanofibers mat in aerosol filtration in order to find the optimum thickness ofsubstrate that can increase the quality of nanofiber filter. The substrate used was a low costmicrofiber non-woven fabric made from polypropylene (PP). The nanofibers mat was composedof electrospun polyacrylonitrile (PAN) with concentration of 9 wt.% which dissolved at N,Ndimethylformamide (DMF). Five variations of PP different in thickness was used as substrate.From the SEM image, it was found that there is increasing fiber diameter of PAN after electrospuninto PP substrate. From the porosity estimation of each nanofiber, it was found that the porositydecreased with increasing the substrate thickness. For test the performance of nanofiber filter, theparticles of polystyrene latex (PSL) which generated by atomizer was used as the aerosol particle.In addition, to evaluate the performance filter in PM2.5 filtration, the experiment was carried outwith generate the smoke from burning incense. Air filtration performance of all variations isobtained by comparison the results of measurement including: pressure drop, efficiency andquality factor. From the results, there is limitation on the substrates thickness based on the valueof the quality factor obtained. Overall, PP nonwoven as the substrates gives the great contributionon the efficiency of PAN nanofiber.

Keywords: substrate, polypropylene, thickness, nanofiber, air filtration.

PENDAHULUANFiltrasi udara menggunakan media filterberbahan serat merupakan salah satu metodepaling efektif untuk memisahkan partikelberukuran nano, submikro dan mikro yangbertebaran di udara (Kim et al., 2006; Yun etal., 2007). Membran nanoserat telah dilaporkanoleh beberapa peneliti memiliki kinerja filtrasiudara yang baik dibandingkan denganmembran filter konvensional. Hal inidikarenakan membran nanoserat memilikikarakteristik unik seperti memiliki rasio luaspermukaan terhadap volume besar, massapersatuan luas kecil, ukuran pori kecil danmorfologi serta keseragaman diameter yangdapat dikontrol (Leung,et al. , 2010; Yun et al.,2010; Zhang et al., 2010). Salah satu teknikuntuk memproduksi membran nanoserat yangpopuler saat ini adalah pemintalan elektrik(electrospinning). Teknik ini dipilih karenamampu menghasilkan nanoserat dengankualitas yang baik, selain itu metode ini juga

lebih sederhana dan murah dibandingkandengan metode pembuatan nanoserat lainnya(Li et al., 2004; Rutledge & Fridrikh, 2007;Munir et al., 2009). Morfologi nanoserat darihasil pemintalan elektrik dapat dikontrolmelalui pengaturan parameter larutan polimerseperti: konsentrasi, viskositas, teganganpermukaan, konduktivitas, dan pengaturanparameter proses seperti: laju alir, tegangantinggi dan jarak antara jarum-kolektor (Muniret al., 2009).

Beberapa bahan polimer telah berhasildisintesis menjadi nanoserat untuk aplikasimedia filter udara diantaranya : poliakrilonitril(PAN) (Yun et al., 2007, 2010; Balgis et al.,2015), poliamida (PA) (Matulevicius et al.,2014), selulosa asetat (CA)(Chattopadhyay etal., 2016), polisulfon (PSU) (Huanget al. 2006)dan beberapa kombinasinya (Yang et al., 2015;Matulevicius et al., 2016; Nicosia et al., 2016;S. Zhang et al., 2016). Namun demikian,membran nanoserat umumnya memiliki sifat

96 Pengaruh Ketebalan Substrat Mikroserat … (Rajak, dkk)

yang rapuh dan mudah rusak, sehingga dirinyasendiri tidak dapat digunakan sebagai mediafiltrasi udara (Leung et al., 2010). Dalam studikasus aplikasi filter udara, untuk dapatmeningkatkan kekuatan mekanik membrannanoserat dapat dilakukan dengan caramembuat membran nanoserat dengan ketebalanyang cukup besar, namun dengan ketebalanbesar, maka resistansi dari membran ini jugaakan meningkat. Filter udara yang baikseharusnya memiliki resistansi serendahmungkin dan efisiensi sebesar mungkin (Bao etal., 2016). Untuk mengatasi permasalahan ini,beberapa usaha telah dilakukan, salah satunyaadalah dengan cara mengintegrasikan membrannanoserat dengan substrat yang lebih kuat.Substrat umumnya tersusun dari serat-seratsecara acak (nonwoven) berukuran mikrometer.Beberapa peneliti menjelaskan bahwa denganmenambahkan substrat akan dapatmeningkatkan efisiensi filtrasi udara (Wang, etal., 2008; Yoon, et al., 2008; Leung et al.,2009, 2010). Substrat komersial seperti HEPA(high efficiency particulate air), ULPA (ultra-low particulate air) dan serat kaca (fiber glass)umumnya digunakan sebagai substrat oleh parapeneliti terdahulu (Yun et al., 2007). Namun,filter substrat komersial ini masih sangatterbatas dan mahal, sehingga harus ditinjauulang lagi penggunaannya sebagai substrat.Leung et al. (2010) dan Wang et al. (2008)telah mendemonstrasikan secara eksperimenpenggunaan substrat berbahan alternatif murah,namun grup peneliti ini membahas pengaruhketebalan membran nanoserat terhadapefisiensi filtrasi, sedangkan pengaruh ketebalansubstrat itu sendiri belum dipelajari secaradetail. Ketebalan filter merupakan parameterfisis yang memiliki peranan penting, makamempelajari pengaruh ketebalan substratterhadap kinerja filtrasi menjadi hal menarik.Dalam penelitian ini telah dibahas secara detailpengaruh ketebalan substrat terhadap kinerjafiltrasi membran nanoserat.

Pada penelitian ini, substrat mikro serat daribahan polipropilena (PP) dengan lima variasiketebalan digunakan sebagai lapisan tambahanuntuk meningkatkan efisiensi dan sebagaipenopang membran nanoserat. Subsrat PP initelah banyak digunakan untuk beragamaplikasi, dikarenakan karakteristiknya yangbaik seperti pori yang terkoneksi secara acaksatu sama lain, kekuatan termal dan kimia yang

baik serta bahan yang relatif murah (Zhao etal., 2012). Dalam hal ini membran nanoseratdari bahan polimer poliakrilonitril (PAN)disintesis di atas substrat PP tersebut. Tujuandari penelitian ini adalah untuk mempelajariefek ketebalan substrat yang diberikan padamembran nanoserat terhadap kinerja filtrasinyasehingga dapat diperoleh suatu nilai ketebalanoptimum. Pengujian kinerja filtrasi diujidengan mengukur parameter uji filter udaraseperti: penurunan tekanan (pressure drop),efisiensi, dan faktor kualitas (quality factor).Pengujian ini dilakukan dengan mengalirkanmodel polusi udara berupa partikel aerosolpolistirena lateks (PSL) melalui filter. Untukmenguji kinerja filtrasi membran nanoseratdalam menyaring partikel yang lebih besaryang berukuran kurang dari 2,5 µm (PM2.5),digunakan model polutan yang berasal dariasap hasil pembakaran dupa, yaitu telahdilaporkan dan direkomendasikan bahwa asapini sangat sesuai untuk memodelkan polutandalam ranah PM2.5 oleh Zhang et al.(2016).

METODEMaterialBahan polimer poliakrilonitril (PAN) dengan beratmolekul 150 kg/mol digunakan sebagai bahanpembuatan membran nanoserat, PAN dilarutkandalam pelarut dimetilformamida (DMF), keduanyamerupakan bahan pro analis yang diperoleh dariSigma-Aldrich, Singapura. Larutan PAN dibuatdengan konsentrasi 9 % berat, kemudian diadukmenggunakan hot plate magnetic stirrer pada suhu80 oC sampai diperoleh larutan yang homogen.

Sedangkan untuk substrat mikroseratpolipropilena (PP), diperoleh dari perusahaan lokalPT. Spunindo Jaya Nonwoven Manufacture. Tabel 1menunjukkan 5 macam mikroserat PP denganberbagai macam ketebalan yang kami gunakandalam studi ini.Gambar 1 menunjukkan struktur fisissecara makroskopik dan mikroskopik yang diperolehmelalui citra SEM dari substrat PP. Dari hasilpengukuran, substrat PP memiliki diameter rata-rata19,02 µm.Tabel 1. Mikroserat polipropilena (PP) yang

digunakanKode

SampelMassa basis

(gr/m2)Ketebalan (mm)

PP1 13 0,12PP2 20 0,18PP3 30 0,26PP4 40 0,29PP5 50 0,32



Gambar 1. Substrat polipropilena dan citra SEMnya.Pemintalan ElektrikGambar 2 menunjukkan skematik diagram dariteknik pemintalan elektrik yang digunakan dalampembuatan membran nanoserat. Jarum dengandiameter 0,8 mm (21G), laju alir larutan 10µL/menit, tegangan positif 14 kV dan jarak kolektorsilinder terhadap jarum sebesar 10 cm ditetapkansebagai parameter proses. Kolektor silinder berputardigunakan sebagai pengumpul membran nanoseratyang dikeluarkan dari jarum, kolektor tersebutdibuat dari bahan logam alumunium dengandiameter 5 cm dan panjang 18 cm. Sebelum prosespemintalan dimulai, permukaan kolektor dilapisioleh lembaran substrat terlebih dahulu. Padamasing-masing variasi ketebalan substrat, prosespemintalan dijalankan selama 80 menit untukmendapatkan ketebalan nanoserat PAN yang sama.

Gambar 2. Diagram skematik alat pemintalanelektrik yang digunakan untukmemproduksi nanoserat.

Karakterisasi NanoseratHasil membran nanoserat yang diperoleh kemudiandilakukan karakterisasi meliputi: pengamatanmorfologi melalui mikroskop elektron (scanningelectron microscope, SEM, JEOL JSM-6510LV).Sifat fisis membran nanoserat seperti kerapatan danporositas diukur dengan menimbang massa basis(basic weight) atau massa serat per satuan luasmenggunakan timbangan digital presisi Fujitsu FSR-A320 dan ketebalan serat diukur menggunakanmikrometer sekrup digital Sylvac S228.Pengujian Kinerja Filter UdaraGambar 3 menunjukkan diagram skematik sistem ujifilter udara yang digunakan untuk mengukurparameter filtrasi aerosol. Buffer yang berupa tabungditempatkan pada input aliran aerosol agar aliranudara dari pompa menjadi stabil. Regulator aliranudara (mass flow controller, MFC) dengan kapasitasmaksimum 20 LpM digunakan untuk mengontroldebit (Q) aliran udara pada sistem. Partikel aerosolpolistirena lateks (PSL) dan asap dupa digunakansebagai model polutan aerosol. PSL dalam bentuksuspensi dengan pelarut air suling diatomisasimenjadi aerosol menggunakan sebuah atomizer,selanjutnya hasil aerosol yang mengandung partikelPSL dialirkan ke dalam sistem. Untuk menghitungjumlah partikel PSL sebelum dan sesudah filter,digunakan pencacah partikel berbasis optik (opticalparticle counter, OPC, Rion KC-03), ukuran partikelyang dapat diukur oleh OPC mulai dari rentang 0,3sampai 2 μm. Untuk mengurangi jumlah partikelyang mengalir berlebihan, sistem diluter digunakanuntuk mengencerkan atau mengurangi jumlahpartikel dengan cara mencampurkannya denganudara bersih, sistem diluter ini dikontrol alirannyamenggunakan perangkat MFC. Separator siklon danpengering difusi yang dipasang secara berturut-turutdigunakan untuk memisahkan partikel aerosoldengan uap air yang ikut mengalir ke dalam sistem,sehingga tidak mempengaruhi pengukuran efiensi.Penurunan tekanan atau pressure drop filter diukurdengan menggunakan sebuah sensor tekanandiferensial Sensirion SDP500, yang diukur denganmengatur kecepatan aliran udara pada filter ataulebih dikenal sebagai face velocity. Dalam sistemini, membran nanoserat yang diuji dipotong secaramelingkar dengan diameter 2,5 cm dan ditempatkanpada sebuah filter holder. Selanjutnya jumlahpartikel sebelum dan setelah filter diukur denganmengalirkan udara yang mengandung partikelaerosol ke bagian filter holder yang tidak ada filter(filter holder bagian atas) dan ada filter secaraberurutan.


Gambar 3. Diagram skematik alat tes kinerja filter udara

HASIL DAN PEMBAHASAN

Morfologi Membran Kombinasi Nanoseratdan SubstratGambar 4(a) menunjukkan citra SEM darinanoserat PAN sebelum dikombinasikandengan substrat. Dari hasil pengukuran,diameter rata-rata diperoleh sebesar 340nm±76. Hasil ini jauh lebih kecil dibandingkandiameter substrat PP yang telah diukursebelumnya yakni pada nilai 19,02 µm. Yoonet al. (2008) melaporkan bahwa kombinasiantara serat yang memiliki diameter besar (ordemikrometer) dan diameter kecil (ordenanometer) dapat meningkatkan efisiensifiltrasi udara tanpa secara signifikanmeningkatkan resistansinya.

Gambar 4 (b) adalah citra SEM kombinasiantara nanoserat PAN dan substrat PP. Daricitra ini, rata-rata diameter serat PANmeningkat menjadi 480±95nm (sisipan gambar4(b)). Peningkatan ini disebabkan oleh bahansubstrat yang berperan sebagai isolatorsehingga membatasi antara jarum yangbermuatan dengan silinder logam, sehinggadapat mengurangi gaya tarikan listrik serat kearah kolektor. Hasil yang serupa telahdijelaskan oleh Zhao et al., (2013) yangmenggunakan substrat non-konduktif padapembuatan nanoserat. Grup tersebut membuatsimulasi perbedaan pembentukan medan listrikdi ujung jarum dengan menggunakanalumunium foil dan substrat non-konduktifsebagai kolektor serat yang pada akhirnyadapat menimbulkan peningkatan diameter seratyang dihasilkan.

Terjadinya ikatan interkoneksi antara seratdari PAN dan substrat selama prosespemintalan elektrik, menghasilkan lembarannanoserat yang terbentuk menjadi lebih kuatdan tidak mudah rusak dibandingkan tidakmenggunakan substrat. Leung et al. (2010)menjelaskan bahwa parameter penting yangberperan dalam hal ini adalah massa basis(basis weight), yaitu massa serat per satuanluas. Akibat terjadinya ikatan ini,menyebabkan massa basis menjadi meningkat.

Gambar 4. Citra SEM, (a) nanoserat PAN,(b) kombinasi nanoserat PAN dansubstrat PP.



Kerapatan Serat dan Porositas MembranSelain morfologi dan diameter serat, parameterpenting lainnya yang sangat berpengaruhterhadap efisiensi filter yaitu kerapatan serat(packing density) dan porositas. Kerapatanserat merupakan fraksi volume padatan dalamhal ini serat terhadap total volume serat sepertiyang diekspresikan pada persamaan1.Kerapatan serat umumnya bergantung padawaktu proses pemintalan serat (Leung et al.,2010).

LW

b (1)

dimana α adalah kerapatan seratW adalahmassa basis (gr/cm2), ρbadalah massa jenismaterial polimer yang digunakan (gr/cm3) danL adalah ketebalan membran (cm). Padamembran yang terdiri dari dua atau lebihlapisan, maka total kerapatan serat dapatdihitung menggunakan persamaan 2(Leung etal., 2010).

2211

212,1 LL

WW

(2)

Kerapatan serat kombinasi PAN dansubstrat PP dapat dihitung denganmenggunakan massa jenis polipropilenasebesar 0,91 gr/cm3 (Debnath et al., 2013) danPAN sebesar 1,18 gr/cm3 (Mei et al., 2013).Sedangkan porositas kebalikan dari kerapatanserat.

Porositas didefinisikan sebagai area kosongdalam membran. Sehingga porositas (ϕ) dandiekspresikan pada persamaan 3(Matuleviciuset al., 2014). %1001 (3)

Gambar 5 menunjukkan hasil perhitungankerapatan serat dan porositas. Pada gambar initerlihat bahwa ketebalan substrat sangatberperan dalam meningkatkan kerapatan seratdengan asumsi bahwa kerapatan serat PANtetap untuk setiap variasi. Peningkatankerapatan ini menurut Rao et al., (1988) jugaakan meningkatkan resistansi filter (dalam halini pressure drop), sehingga secara otomatisefisiensi juga akan meningkat..

Gambar 5. Pengaruh penambahan substratterhadap kerapatan serat danporositas.

Kinerja Filtrasi UdaraKinerja media filter udara umumnyaditunjukkan dengan hasil pengukuranpenetrasi, penurunan tekanan (pressure drop),efisiensi dan faktor kualitas, yaitu masing-masingnya diekspresikan sebagai berikut:

1

2

NNPn (4)

1

211N

NNPη n

(5)

LKfμP v.Δ (6)

PPQ n

F

ln (7)

dengan :Pn = penetrasi (-)N1 = jumlah partikel sebelum melewati

Filter (-)N2 = jumlah partikel setelah melewati

filter (-)η = efisiensi (%)∆P = penurunan tekanan atau presssure

drop(Pa)µ = viskositas udarafv = kecepatan udara atau face velocity

(cm/s)K = permeabilitas udara (H/m)L = ketebalan filter (mm)QF = faktor kualitas (1/Pa)


Parameter yang paling penting dalammenilai baik atau tidaknya suatu media filterudara adalah faktor kualitas atau quality factor,karena parameter ini membandingkan antaraefisiensi filter dengan resistansi atau nilaipenurunan tekanannya (persamaan 7). Suatumedia filter udara dapat dengan mudahditingkatkan efisiensinya hanya denganmenambahkan ketebalannya, namun sejalandengan ini resistansinya juga akan meningkat,sehingga filter ini akan sulit untuk dilewatioleh udara. Oleh karena itu media filter yangbaik adalah memiliki nilai faktor kualitas yangtinggi atau dengan kata lain memiliki efisiensisemaksimal mungkin namun dengan penurunantekanan atau resistansi serendah mungkin.

Gambar 6(a)-(c) menunjukkan hasilpengukuran penurunan tekanan dan efisiensidari nanoserat PAN dan kombinasinya dengansubstrat PP. Gambar 6(a) menunjukkan hasilpengukuran penurunan tekanan pada facevelocity atau kelajuan aliran udara sebesar 5,23cm/s. Hal ini menunjukkan terjadinyapeningkatan penurunan tekanan seiring denganpenambahan ketebalan substrat PP. Hal inisesuai dengan hukum Darcy bahwa penurunantekanan meningkat seiring dengan ketebalanfilter (Miguel, 2003).

Gambar 6b) dan 6c) secara berturut-turutmenunjukkan hasil pengukuran efisiensi filterdalam menyaring partikel PSL dengan ukuran0,3; 0,5; 1; 2 µm dan asap dupa (PM2.5). Darikedua kurva ini menunjukkan bahwa terjadipeningkatan efisiensi yang signifikan seiringdengan penambahan ketebalan substrat PP. Jikadibandingkan antara hasil pengukuran filtrasiPSL dan asap dupa, maka hasil peningkatanfiltrasi asap dupa lebih signifikan, hal inidisebabkan pada partikel asap (PM2.5) denganukuran yang rata-rata di atas 1 µm, mekanismepenangkapan partikel di udara oleh filterdidominasi oleh impaksi (impaction)dibandingkan dua mekanisme yang lain yaituintersepsi (interception) dan difusi (diffusion)yang terjadi pada partikel berukuran kurangdari 1 µm, dimana mekanisme secara impaksimemberikan peluang penangkapan partikeludara yang lebih tinggi(Lee, 1981; Wang &Otani, 2012).

Dari gambar 6(b) dan 6(c), terlihatpeningkatan efisiensi filtrasi naik seiringdengan kenaikan ketebalan substrat, hal inidapat dijelaskan dengan perbedaan diameterserat substrat PP yang jauh lebih besardibandingkan nanoserat PAN. Kehadiran serat

substrat PP memiliki peranan penting dalammeningkatkan efisiensi penangkapan partikeldengan mekanisme impaksi, partikel-partikelberukuran besar (> 1µm) yang bergerakbersamaan dengan aliran udara lebih memilikipeluang untuk menabrak serat dengan diameteryang besar(Lee, 1981; Wang and Otani, 2012).Sedangkan partikel udara yang ukurannya lebihkecil (< 1µm) memiliki pergerakan randomdengan lintasan zig-zag yang disebut sebagaigerak Brownian (Wang & Otani, 2012),partikel-partikel ini dapat ditangkap olehmekanisme difusi dan impaksi oleh seratdengan diameter yang kecil dalam hal ininanoserat PAN(Lee, 1981; Wang and Otani,2012). Oleh karena itu, kombinasi antara seratsubstrat dengan nanoserat PAN dapat secarasignifikan meningkatkan efisiensi filtrasi(Yoon et al., 2008).

Gambar 6. Pengaruh dari ketebalan substratterhadap (a) penurunan tekanan,(b) efisiensi penyaringan PSL dan(c) efisiensi penyaringan asapdupa (PM2.5).



Pengaruh Ketebalan Substrat TerhadapFaktor KualitasGambar 7 menunjukkan hubungan antaraketebalan substrat dan faktor kualitas. Darigambar ini dapat disimpulkan bahwa faktorkualitas dapat ditingkatkan dengan menambahketebalan substrat. Dari gambar 7 terlihatbahwa faktor kualitas meningkat sampaimencapai suatu nilai titik maksimum, dankemudian turun seiring dengan ketebalan.Berdasarkan gambar 7, nilai optimum faktorkualitas diperoleh pada ketebalan substrat 0,18mm (PP2). Secara teori dan simulasi,Dharmanolla et al. (2008) telah men-demonstrasikan bahwa peningkatan faktorkualitas sampai pada titik optimum tertentubergantung pada ketebalan dan massa darimedia filter yang diukur. Pada paper ini, faktorkualitas terbaik diperoleh pada kombinasimembran nanoserat PAN dan substrat PP2.

Gambar 7. Pengaruh ketebalan substratterhadap faktor kualitasmembran nanoserat

Perbandingan Dengan Studi LainHasil data dari penelitian ini juga dibandingkandengan hasil studi lain yang dilakukanolehLeunget al.(2010). Namun pada penelitiantersebut, nanoserat divariasikan ketebalannyayang kemudian dikombinasikan dengansubstrat pada ketebalan konstan. Data yangditampilkan pada paper tersebut direkonstruksiulang dan kemudian ditampilkan bersamaandengan hasil pada penelitian ini, hasilrekonstruksi ulang ini disajikan pada Gambar8. Dari gambar ini, dapat terlihat sangat jelasbahwa faktor kualitas yang diperoleh daripenelitian ini memiliki nilai lebih tinggi daripenelitian pembanding. Sehingga dapatdisimpulkan bahwa faktor kualitas dapatditingkatkan hanya dengan menambahketebalan substrat tanpa harus menambahketebalan nanoserat. Namun demikian, ada

batasan tertentu dari ketebalan substrat yangdapat ditambahkan pada nanoserat.

Gambar 8. Data perbandingan hasil penelitianini dengan studi lain

KESIMPULANPengaruh ketebalan substrat mikroseratpolipropilena (PP) terhadap peningkatanefisiensi dan faktor kualitas dari membrannanoserat poliakrilonitril (PAN) telah dipelajarisecara detail. Hasil pengukuran kinerja filtrasiudara menunjukkan bahwa substrat PPmemberikan kontribusi terhadap efisiensi danfaktor kualitas nanoserat PAN, baik dalammenyaring partikel PSL maupun partikel asap(PM2.5). Efisiensi maksimum diperoleh padakombinasi nanoserat PAN dan substrat PP5dengan nilai: 93,04; 93,27; 96,1 dan 97,56%untuk penyaringan partikel PSL dengandiameter 0,3; 0,2; 1 dan 2 µm secara berturut-turut. Namun demikian, walaupun kombinasiini memiliki efisiensi tertinggi dibandingkanyang lain, kombinasi ini juga memiliki nilaipenurunan tekanan yang lebih tinggi. Olehkarena itu, dalam hal faktor kualitas menjadiyang paling rendah. Peningkatan faktor kualitasmencapai nilai maksimum sampai padapenambahan ketebalan PP2 yaitu 0,18 mm.Hasil pengujian penyaringan asapmenunjukkan peningkatan efisiensi lebihsignifikan dibandingkan penyaringan partikelPSL.

UCAPAN TERIMA KASIHPenulis mengucapkan terima kasih kepadaLembaga Penelitian & Pengabdian KepadaMasyarakat (LPPM) Institut TeknologiSumatera (ITERA) atas dukungan pendanaanselama kegiatan penelitian melalui skemaHibah Mandiri ITERA tahun 2017.


DAFTAR PUSTAKABalgis, R., Kartikowati, C.W., Ogi, T., Gradon,

L., Bao, L., Seki, K., & Okuyama K., 2015.Synthesis and Evaluation of Straight andBead-free Nanofibers for Improved AerosolFiltration, Chem. Eng. Sci. 137: 947-954.

Bao, L., Seki, K., Niinuma, H., Otani, Y.,Balgis, R., Ogi, T., Gradon, L.,& Okuyama,K., 2016. Verification of Slip Flow inNanofiber Filter Media Through PressureDrop Measurement at Low-pressureConditions, Sep. Purif. Technol. 159: 100-107.

Chattopadhyay, S., Hatton, T.A., & Rutledge,G.C., 2016. Aerosol Filtration UsingElectrospun Cellulose Acetate Fibers, J.Mater. Sci. 51: 204–217.

Debnath, S., & Madhusoothanan, M., 2013.Studies on Compression Behaviour ofPolypropylene Needle Punched NonwovenFabrics Under Wet Condition, FibersPolym. 14: 854-859.

Dharmanolla, S., & Chase, G.G., 2008.Computer Program for Filter Media DesignOptimization, J. Chinese Inst. Chem. Eng.39: 161-167.

Huang, H.-L., & Yang, S., 2006. FiltrationCharacteristics of Polysulfone MembraneFilters, J. Aerosol Sci. 37: 1198-1208.

Kim, C.S.,Bao, C.S., Okuyama, K, Shimada,M., & Niinuma, H., 2006. FiltrationEfficiency of a Fibrous Filter forNanoparticles, J. Nanoparticle Res. 8: 215-221.

Lee, K.W., 1981. Maximum Penetration ofAerosol Particles in Granular Bed Filters, J.Aerosol Sci. 12: 79-87.

Leung, W.W.-F., Hung, C.-H., & Yuen, P.-T.,2009. Experimental Investigation onContinuous Filtration of Sub-micronAerosol by Filter Composed of Dual-layersIncluding a Nanofiber Layer, Aerosol Sci.Technol. 43: 1174-1183.

Leung, W.W.-F., Hung, C.-H., & Yuen, P.-T.,2010. Effect of Face Velocity, NanofiberPacking Density and Thickness onFiltration Performance of Filters withNanofibers Coated on a Substrate, Sep.Purif. Technol. 71: 30-37.

Li, D., & Xia, Y., 2004. Electrospinning ofNanofibers: Reinventing the Wheel?. 16(14).

Matulevicius, J., Kliucininkas, L.,Martuzevicius, D., Krugly, E., Tichonovas,& M., Baltrusaitis, J., 2014. Design and

Characterization of Electrospun PolyamideNanofiber Media for Air FiltrationApplications, J. Nanomater. 2014, (14).

Matulevicius, J., Kliucininkas, L., Prasauskas,T., Buivydiene, D., & Martuzevicius, D.,2016. The Comparative Study of AerosolFiltration by Electrospun Polyamide,Polyvinyl Acetate, Polyacrylonitrile andCellulose Acetate Nanofiber Media, J.Aerosol Sci. 92: 27-37.

Mei, Y., Wang, Z., & Li, X., 2013. ImprovingFiltration Performance of ElectrospunNanofiber Mats by A Bimodal Method, J.Appl. Polym. Sci. 128: 1089-1094.

Miguel, A.F., 2003. Effect of Air Humidity onThe Evolution of Permeability andPerformance of A Fibrous Filter DuringLoading with Hygroscopic and Non-hygroscopic Particles, J. Aerosol Sci. 34:783-799.

Munir, M.M., Iskandar, F., Khairurrijal, K.,&Okuyama, K,. 2009. High PerformanceElectrospinning System for FabricatingHighly Uniform Polymer Nanofibers, Rev.Sci. Instrum. 80: 026-106.

Munir, M.M., Suryamas, A.B., Iskandar, F.,&Okuyama, K. 2009. Scaling Law onParticle-to-fiber Formation DuringElectrospinning., Polymer, 50: 4935-4943.

Nicosia, A., Keppler, T., Müller, F.A.,Vazquez, B., Ravegnani, F., Monticelli, P.,& elosi, F., 2016. Cellulose AcetateNanofiber Electrospun on Nylon Substrateas Novel Composite Matrix for Efficient,Heat-resistant, Air Filters, Chem. Eng. Sci.,153: 284-294.

Rao, N., & Faghri, M., 1988. ComputerModeling of Aerosol Filtration by FibrousFilters, Aerosol Sci. Technol. 8: 133-156.

Rutledge, G.C., & Fridrikh, S. V., 2007.Formation of Fibers by Electrospinning,Adv. Drug Deliv. Rev. 59: 1384-1391.

Wang, C., & Otani, Y., 2012. Removal ofNanoparticles from Gas Streams by FibrousFilters: A Review, Ind. Eng. Chem. Res. 52:5-17.

Wang, J., Kim, S.C., & Pui, D.Y.H., 2008.Figure of Merit of Composite Filters withMicrometer and Nanometer Fibers, AerosolSci. Technol. 42: 722-728.

Yang, Y., Zhang, S., Zhao, X., Yu, J., & Ding,B., 2015. Sandwich Structured Polyamide-6/polyacrylonitrile Nanonets/bead-on-stringComposite Membrane for Effective AirFiltration, Sep. Purif. Technol. 152: 14–22.



Yoon, K., Hsiao, B.S., & Chu, B., 2008.Functional Nanofibers for EnvironmentalApplications, J. Mater. Chem. 18: 5326-5334.

Yun, K.M., Hogan, C.J., Matsubayashi, Y.,Kawabe M., Iskandar, F., & Okuyama K.,2007. Nanoparticle Filtration byElectrospun Polymer Fibers, Chem. Eng.Sci. 62: 4751-4759.

Yun, K.M., Suryamas, A.B., Iskandar, F., Bao,L., Niinuma, H., & Okuyama, K., 2010.Morphology Optimization of PolymerNanofiber for Applications in AerosolParticle Filtration, Sep. Purif. Technol., 75:340-345.

Zhang, Q., Welch, J., Park, H., Wu, C.-Y.,Sigmund, W., & Marijnissen, J.C.M., 2010.Improvement in Nanofiber Filtration byMultiple Thin Layers of Nanofiber Mats, J.Aerosol Sci. 41: 230-236.

Zhang, R., Liu, C., Hsu, P.-C., Zhang, C., Liu,N., Zhang, J., Lee, H.R., Lu, Y., Qiu, Y., &Chu, S., 2016. Nanofiber Air Filters with

High-temperature Stability for EfficientPM2.5 Eemoval from The Pollution Sources,Nano Lett. 16: 3642-3649.

Zhang, S., Tang, N., Cao, L., Yin, X., Yu, J., &Ding, B., Highly IntegratedPolysulfone/Polyacrylonitrile/Polyamide-6Air Filter for Multilevel Physical SievingAirborne Particles, ACS Appl. Mater.Interfaces. 8: 29062-29072.

Zhao, J., Shi, Q., Luan, S., Song, L., Yang, H.,Stagnaro, P., & Yin, J., 2012.Polypropylene Non-woven FabricMembrane via Surface Modification withBiomimetic Phosphorylcholine in Ce(IV)/HNO3 Redox System, Mater. Sci.Eng. C. 32: 1785-1789.

Zhao, S., Zhou, Q., Long, Y.-Z., Sun, G.-H.,&Zhang, Y., 2013. Nanofibrous Patterns byDirect Electrospinning of Nanofibers ontoTopographically Structured Non-conductive Substrates, Nanoscale. 5: 4993-5000.

pengaruh ketebalan substrat mikroserat acak polipropilena … · 2020. 5. 4. · mikrometer sekrup...

Documents