Pencemaran ion logam Pb2+ yang melebihi baku mutu dapat membahayakan manusia seperti mengakibatkan hipertensi, penurunan IQ, gangguan fungsi ginjal, dan kerusakan otak. Oleh karena itu, dibutuhkan penanganan yang tepat, salah satunya menggunakan teknologi membran. Pada penelitian ini dilakukan sintesis dan karakterisasi membran PVDF (Polyvinylidene Fluoride) dan PVDF-Al2O3. Penambahan Al2O3 diharapkan mampu menurunkan sifat hidrofobik dari PVDF sehingga meningkatkan kinerja membran dalam pengurangan ion logam Pb2+. Membran PVDF dan PVDF - Al2O3 dikarakterisasi dengan kuat tarik (tensile strength), sudut kontak (contact angel), FTIR (Fourier Transform Infrared), SEM-EDX (Scanning Electron Microscope-Energy Dispersive X-Ray) dan mapping. Membran PVDF 20% memiliki kuat tarik terbaik dengan nilai sebesar 7,55 MPa dan penambahan Al2O3 mampu meningkatkan nilai kuat tarik menjadi 7,85 MPa. Penambahan Al2O3 pada membran PVDF dapat meningkatkan sifat hidrofilitas membran dengan menurunkan nilai sudut kontak dari 106,0° menjadi 83,6°. Karakterisasi FTIR membran PVDF- Al2O3 menunjukkan adanya puncak gugus Al-O dari Al2O3 pada bilangan gelombang 600,40, 600,46 dan 600,52 cm-1. Karakterisasi SEM menunjukkan penambahan Al2O3 membuat pori-pori lebih besar dan struktur seperti jari yang memanjang. Hasil EDX mapping menunjukkan unsur Al 1,50 % massa dan sudah berhasil tersebar pada membran. Membran PVDF - Al2O3 mampu meningkatkan nilai fluks hingga 38,997 L/m2.jam dan meningkatkan koefisien rejeksi hingga 94,53%. Nilai kadar ion logam Pb2+ berhasil diturunkan dari kadar 4,665 mg/L menjadi 0,225 mg/L.