Teknologi membran memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan proses
lain, antara lain:
14
Pemisahan dapat dilakukan secara
kontinu
Konsumsi energi umumnya relatif lebih rendah
Proses membran dapat mudah
digabungkan dengan proses pemisahan lainnya hybrid
processing
Pemisahan dapat dilakukan dalam kondisi yang mudah diciptakan
Tidak perlu adanya bahan
tambahan
Material membrane bervariasi sehingga mudah diadaptasikan
pemakaiannya. Efisiensi membran ditentukan oleh
permeabilitas dan
selektivitasnya. Permeabilitas merupakan ukuran kecepatan
dari suatu zat pada saat melewati membran. Sifat ini dipengaruhi oleh jumlah dan ukuran
pori, tekanan yang diberikan, serta ketebalan membran. Permeabilitas dinyatakan sebagai
suatu besaran fluks dengan lambang J, yang didefinisikan sebagai jumlah volum permeat
yang melewati satu satuan luas membran dalam satuan waktu tertentu dengan adanya
gaya penggerak berupa tekanan.
14
J = =
1 Keterangan:
J = Fluks volume Lm
-2
s
-1
V = Volume permeat L A = Luas permukaan membran m
2
t = Waktu s Menurut Wenten,
11
fluks dipengaruhi oleh beberapa faktor antara lain konsentrasi
umpan, tekanan transmembran, kecepatan aliran, temperatur umpan, dan waktu. Nilai
fluks akan meningkat jika tekanan yang diberikan bertambah, artinya kemampuan
melewatkan cairan meningkat.
Selektivitas membran diukur dengan menentukan koefisien rejeksinya, yaitu
kemampuan membran
untuk menahan
partikel terlarut.
Selektivitas dapat
digunakan untuk mengetahui kemampuan membran dalam menahan atau melewatkan
suatu partikel. Kemampuan membran dalam menahan suatu patrikel dinyatakan sebagai
koefisien rejeksi, dilambangkan dengan R.
Rejeksi terlarut
besarnya tergantung
membran, reconvery, konsentrasi umpan, valensi ion-ion dalam terlarut yang kecil
lebih tak direjeksi dan sebagainya.
15
R = 1 - x 100 2
Keterangan : R = koefisien rejeksi
Cp = konsentrasi partikel dalam permeat CJ =konsentrasi partikel dalam umpan
Membran memiliki usia kerja tertentu, yakni jangka waktu pemanfaatan membran.
Usia kerja membran sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti fouling. Terjadinya
fouling menyebabkan kinerja membran menurun, serta usia kerja membran pun
menurun. Kinerja membran dapat diketahui dari beberapa parameter seperti fluks
membran, kemampuan rejeksi, kekuatan membran, dan antifouling.
16
2.4 Membran Selulosa Asetat
Selulosa merupakan salah satu polimer alam yang melimpah dan dapat dimodifikasi
dimana kegunaannya sangat luas mulai dari bidang industri kertas, film transparant, film
fotografi, plastik biodegradable, sampai untuk membran yang digunakan diberbagai
bidang industri. Selulosa dapat dimodifikasi melalui reaksi esterifikasi menghasilkan
suatu
ester organik
dan salah
satu diantaranya yang dikenal dengan nama
selulosa asetat.
17
Selulosa asetat CA merupakan ester organik selulosa yang berupa padatan putih,
tidak berbau, dan tidak berasa, dihasilkan melalui esterifikasi molekul selulosa dengan
anhidrida asetat dan sejumlah katalis. Selain asam sulfat, dalam pembentukan CA dapat
digunakan katalis asam perklorat dan zink klorida. Selulosa memiliki tiga gugus
hidroksil
per residu
anhidroglukosa, sehingga dapat dibentuk menjadi selulosa
monoasetat, diasetat, atau triasetat. CA yang homogen hanya diperoleh dari substitusi
sempurna gugus-gugus
hidroksil anhidroglukosa menjadi selulosa triasetat.
7
Keunggulan membran selulosa asetat:
18
1. Mudah disintesis
2. Bahan dasar merupakan bahan yang
terbarukan 3.
Relatif lebih kuat 4.
Tidak latur dalam alkohol Kelemahan membran selulosa asetat:
18
1. Membran selulosa asetat biasanya
dioperasikan pada suhu tidak lebih dari 30
C
2. Kisaran pH rendah antara 3-6, tidak
tahan pada keadaan sangat asam atau sangat basa
3. Tidak taha terhadap khlorin dapat
teroksidasi oleh khlorin 4.
Dapat mengalami pengerutan atau pengompakan
5. Dapat mengalami biodegradasi, mudah
rusak oleh bakteri
2.5 Filtrasi Membran
Gutman
19
mendefinisikan filtrasi
sebagai pemisahan material partikulat dalam suatu campuran dengan cara mengalirkan
umpan melalui suatu membran yang dapat menahan partikulat yang memiliki molekul
lebih besar dari ukuran pori membran. Menurut Wenten,
11
ada dua kelas utama dalam proses filtrasi, yaitu filtrasi partikel
konvensional dan proses filtrasi membran. Filtrasi konvensional biasanya dilakukan
dalam pemisahan partikel besar yang tersuspensi dengan ukuran lebih dari 10 µm.
Sedangkan filtrasi membran memisahkan zat dengan ukuran molekul kurang dari 10 µm.
Membran berfungsi
memisahkan material berdasarkan ukuran dan bentuk
molekul, menahan komponen dari umpan yang mempunyai ukuran lebih besar dari
pori-pori membran
dan melewatkan
komponen yang mempunyai ukuran yang lebih kecil. Filtrasi dengan menggunakan
membran selain berfungsi sebagai sarana pemisahan juga berfungsi sebagai sarana
pemekatan dan pemurnian dari suatu larutan yang dilewatkan pada membran tersebut.
Menurut Dutre dan G. Tragardh,
20
membran dapat memisahkan antara dua atau lebih tipe
molekul berdasarkan
ukuran molekul,
bentuk, susunan kimia atau berdasarkan energi
potensialnya. Membran
dapat diaplikasikan secara luas dalam berbagai
proses pemisahan. Proses pemisahan dapat menggunakan
membran, antara
lain membran
mikrofiltrasi, ultrafiltrasi,
nanofiltrasi, dan reverse osmosis. Proses-proses
pemisahan membran
tersebut di atas berbeda dari ukuran partilek yang mampu ditahan, dapat dilihat pada
Tabel 2. Mikrofiltrasi merupakan pemisahan partikel berukuran micron atau submicron.
Membran mikrofiltrasi berfungsi untuk merejeksi partikel dari air yang berukuran
0,1-100
µm. Ultrafiltrasi
merupakan pemisahan
partikel berukuran
nano. Membran
ultrafiltrasi untuk
merejeksi partikel dari air yang berukuran 5 nm sampai
0,1 µm. Nanofiltrasi dan Reverse osmosis juga mampu memisahkan partikel berukuran
nano, ukuran partikel yang dapat direjeksi sekitar 5 µm. Selain itu proses-proses
tersebut dapat dibedakan dalam hal kisaran tekanan operasinya. Mikrofiltrasi beroperasi
pada tekanan antara 0,1-2 Bar. Ultrasfiltrasi beroperasi pada tekanan antara 1-5 Bar.
Nanofiltrasi beroperasi pada tekanan antara 5-20 Bar. Sedangkan RO beroperasi pada
tekanan antara 10-100 Bar.
21
Tabel 2 Perbedaan dari macam-macam filtrasi membran.
22
Proses Filtrasi Membran
Karakteristik Air
Ion Monovalen
Ion Multivalen
Virus Bakteri
Padatan Tersuspensi
Mikrofiltrasi +
+ +
+ -
- Ultrafiltrasi
+ +
+ -
- -
Nanofiltrasi +
+ ±
- -
- Reverse
Osmosis +
- -
- -
- Keterangan: +:komponen yang dapat melewati membran; -: komponen yang tertahan oleh
membran; ±: sebagian tertahan
a
b Gambar 1 a Sistem cross flow, b Sistem
dead end.
23
Sistem pemisahan
menggunakan membran berdasarkan arah aliran larutan
umpan dapat dibedakan menjadi sistem dead end dan cross flow, seperti diperlihatkan
oleh Gambar 1 di atas.
18
Pada sistem dead end arah aliran umpan tegak lurus
permukaan membran. Sistem ini mempunyai kelemahan, yaitu terjadinya fouling yang
merupakan pelapisan
pada bagian
permukaan membran.
Fouling ini
disababkan oleh endapan organik, anorganik dan partikulat lain. Jika pelapisan ini
semakin tinggi, fluks akan semakin menurun sampai mencapai nol. Pada sistem cross flow
arah aliran larutan umpan aksial sejajar dengan permukaan membran. Pada sistem
ini fouling masih dapat terjadi, namun dapat dikurangi dengan gaya dorong aliran umpan
akibat kecepatan aliran larutan umpan, sehingga
pada sistem
ini pemilihan
kecepatan aliran larutan umpan memegang peranan
penting untuk
meningkatkan efisiensi pemisahan. Pada aplikasi industri,
sistem crossflow yang sering dipakai.
BAB III METODE PENELITIAN
