empat tipe membran anorganik yang sering digunakan, yaitu membran keramik, gelas, metal termasuk karbon, dan zeolit.
Berdasarkan ukuran partikel atau bobot molekul bahan yang dipisahkan, maka pemisahan membran dikelompokkan atas mikrofiltrasi, ultrafiltrasi,
nanofiltrasi, osmosis balik, dialisis, dan pervaporasi Cheryan, 1998. Membran ultrafiltrasi UF mempunyai ukuran pori berkisar 10-1000 A atau sekitar 10
3
-10
6
MWCO, dan dapat memisahkan bahan berukuran lebih besar dari 0,005 µm atau partikel dengan berat molekul lebih besar dari 1000 Da Osada dan Nakagawa,
1992. Membran ultrafiltrasi memiliki struktur asimetrik dengan permukaan atas
yang lebih rapat atau dense ukuran pori permukaan atas lebih kecil dan porositas permukaan lebih rendah. Pembuatan membran dapat dilakukan dengan beberapa
teknik antara lain: 1 pemanasan sintering, 2 peregangan streching, 3 track-etching, 4 template leaching, 5 fasa balik phase inversion, 6
pelumasan coating. Teknik yang dipilih didasari oleh jenis material dan struktur membran yang akan dibuat.
2. Proses Pemisahan dengan Membran
Filtrasi membran merupakan proses pemisahan material dengan mengalirkan umpan melalui suatu membran. Pemisahan terjadi akibat perbedaan
ukuran partikelmolekul dengan ukuran pori membran dimana fluks dan rejeksi sangat ditentukan dari perbedaan ukuran tersebut. Pemisahan juga dapat terjadi
berdasarkan perbedaan sifat laju kelarutandiffusivitas material yang akan dipisahkan terhadap material membran yang digunakan. Tingkat kelarutan dan
diffusivitas ditentukan oleh sifat intrinsik bahan membran. Ini berarti bahwa sifat intrinsik dari material menentukan tingkat permeabilitas dan selektifitas. Dalam
operasi membran dikenal dua jenis aliran umpan, yaitu aliran cross-flow dan aliran dead-end, dimana perubahan fluks terhadap waktu dapat digambarkan
seperti pada Gambar 1.
Aliran filtrasi dead-end, yaitu keseluruhan dari fluida aliran umpan melewati membran dan partikel tertahan pada membran. Fluida yang terus
mengalir sebagai umpan akan mengalir melalui tahanan penumpukan partikel dan tahanan membran pada permukaan membran sehingga mudah tersumbat akibat
terbentuknya suatu lapisan pada permukaan membran. Pengaliran secara crossflow dilakukan dengan cara mengalirkan umpan sejajar melalui suatu
membran dengan hanya sebagian saja yang melewati pori membran untuk memproduksi permeat. Aliran pelarut atau cairan pembawa akan melewati
permukaan membran sehingga larutan, koloid, dan padatan tersuspensi yang tertahan oleh membran akan terus terbawa menjadi aliran balik atau retentat.
Partikel atau padatan tersuspensi pada permukaan membran akan tersapu oleh kecepatan aliran umpan. Aliran ini dapat digunakan untuk menghindari terbentuk
lapisan pada permukaan membran berupa cake, fouling, polarisasi konsebtrasi, dan adsorpsi.
3. Karakterisasi Membran
Menurut Mulder 1996, karakterisasi membran dapat dikelompokkan menjadi dua, yaitu 1 membran berpori porous membrane, 2 membran tidak-
berpori nonporous membrane. Pada membran berpori, pemisahan terjadi akibat perbedaan ukuran antara partikelmolekul dan pori membran dibantu dengan
adanya tekanan transmembran sebagai driving force. Selektivitas akan tinggi, jika ukuran partikel lebih besar daripada ukuran pori membran. Mikrofiltrasi MF dan
ultrafiltrasi UF merupakan jenis membran berpori. Di sisi lain untuk membran tidak berpori, seperti pervaporasi PV, separasi gas GS, dan dialisis, pemisahan
Gambar 1. Grafik hubungan fluks terhadap waktu untuk aliarn Dead-end dan Crossflow Waktu
Waktu fluks
Lm
2
jam fluks
Lm
2
jam
terjadi akibat perbedaan laju kelarutan solubility danatau perbedaan diffusivitas diffusivity. Tingkat kelarutan dan diffusivitas ditentukan oleh sifat intrinsik
bahan membran. Terdapat beberapa metoda yang dapat digunakan untuk mengkarakterisasi
membran berpori, yaitu mikroskop elektron, metode gelembung udara bubble point, dan pengukuran permeasi Scott et al., 1996. Scanning Electron
Microscope SEM dan Tramsmission Electron Microscope TEM adalah alat mikroskop yang dapat digunakan untuk pengamatan langsung. Perbedaan
mendasar dari TEM dan SEM adalah pada cara bagaimana elektron yang ditembakkan oleh pistol elektron mengenai sampel. Pada TEM, sampel yang
disiapkan sangat tipis sehingga elektron dapat menembusnya kemudian hasil dari tembusan elektron tersebut yang diolah menjadi gambar. Kelemahan yang
dihadapi adalah karena sampel yang diperlukan sangat tipis, maka memerlukan waktu yang lama untuk preprasi dan dikhawatirkan terjadi kerusakan struktur
sampel. Sedangkan pada SEM sampel tidak ditembus oleh elektron sehingga hanya pendaran hasil dari tumbukan elektron dengan sampel yang ditangkap oleh
detektor dan diolah. Penggunaan SEM lebih mudah karena sampel yang diperlukan tidak setipis sampel yang digunakan pada TEM.
Sifat mekanik dan struktur pori termasuk parameter dalam penentuan karakteristik membran. Sifat fisik mekanik dan struktur pori sangat dipengaruhi
oleh jenis bahan pembuat dan proses pembuatan membran. Sedangkan kinerja membran pada saat pengoperasian terutama ditentukan oleh distribusi dan ukuran
pori membran Mallevialle et al., 1996. Sebelum uji fluks air, terlebih dahulu dilakukan kompaksi terhadap membran yang akan diuji dengan mengalirkan air
melewati membran hingga diperoleh fluks air konstan. Kompaksi juga dapat membuat membuat pori membran menjadi lebih seragam, lembaran membran
menjadi lebih kaku, dan juga untuk memperoleh harga fluks air yang konstan pada tekanan operasional yang diberikan Mahendran et al.,2004.
Kinerja atau effisiensi proses membran ditentukan oleh dua parameter, yaitu selektivitas dan flukslaju permeasi Lm
2
.jam atau kgm
2
.jam atau molm
2
.jam atau koefisien permeabilitas Lm
2
.jam.bar. Fluks adalah jumlah permeat yang dihasilkan pada operasi membran per satuan luas permukaan
membran dan persatuan waktu. Fluks dapat dinyatakan sebagai berikut Mulder, 1996:
Jv = V A.t 1
Dimana : Jv = fluks volume Lm².jam t = waktu jam
A = luas permukaan membran m² V = volume permeat lt
Fluks merupakan salah satu parameter kinerja membran yang dipengaruhi oleh beberapa faktor, yaitu i parameter operasi seperti konsentrasi umpan, suhu,
laju alir, dan tekanan, ii sifat-sifat fisik larutan umpan, dan iii faktor desain. Kenaikan konsentrasi umpan menyebabkan fluks akan turun. Perubahan
konsentrasi umpan akan merubah harga viskositas, densitas, dan diffusifitas larutan umpan. Demikian juga, peningkatan suhu dapat menaikkan fluks baik
pada daerah yang dikendalikan oleh tekanan atau yang dikendalikan oleh perpindahan massa. Fluks dapat juga dinyatakan sebagai koefisien permeabilitas.
Nilai permeabilitas membran menunjukkan kemampuan membran dalam melewatkan pelarut. Koefisien permeabilitas untuk membran jenis proses
ultrafiltrasi berada pada kisaran 0,5 m
3
m
2
.hari.bar 20 Lm
2
.jam.bar – 5
m
3
m
2
.hari.bar 200 Lm
2
.jam.bar Wenten, 1999. Selektivitas suatu membran merupakan ukuran kemampuan suatu
membran menahan atau melewatkan suatu molekul. Selektivitas membran tergantung pada interaksi antar permukaan dengan molekul, ukuran molekul, dan
ukuran pori membran. Selektivitas umumnya dinyatakan oleh satu dari dua parameter, yaitu retensirejeksi R atau faktor pemisahan
α. Menurut Mulder 1996 nilai rejeksi suatu zat padat terlarut solute dinyatakan sebagai berikut:
C
permeat
R = 1 - ————— x 100
2 C
umpan
Dimana : R
= persentasi tahanan C
permeat
= konsentrasi partikel dalam permeat C
umpan
= konsentrasi partikel dalam umpan
Nilai R bervariasi antara 0 – 100, dimana R 100 artinya terjadi pemisahan
sempurna, dalam hal ini membran semipermeabel ideal sedangkan nilai R 0 berarti partikel semua lolos dari membran. Suatu fenomena umum yang sering
ditemukan dalam suatu proses pemisahan dengan membran, yaitu apabila fluks membran besar maka rejeksi akan rendah, demikian pula sebaliknya jika rejeksi
tinggi maka fluks juga akan rendah. Biasanya membran yang baik memiliki porositas permukaan yang tinggi fraksi poriluas permukaan dan distribusi
ukuran pori yang sesempit mungkin sehingga perlu dilakukan suatu optimasi terhadap perlakuan membran untuk mendapatkan fluks dan rejeksi yang tinggi
Mulder, 1996. Porometer membran dapat ditentukan berdasarkan nilai rejeksi suatu zat
padat terlarut yang diketahui berat molekulnya. Berat molekul mempunyai hubungan linier dengan jari-jari atau ukuran pori membran Pengukuran rejeksi
padatan Solute Rejection Measurments biasanya dinyatakan sebagai Molecular Weight Cut Off MWCO dan banyak digunakan untuk mengkarakterisasi
membran ultrafiltrasi. MWCO didefinisikan sebagai bobot molekul suatu zat terlarut yang 80-90 dapat direjeksi oleh membran. Scott dan Hughes, 1996;
Mahendran et al., 2004.
Membran Ultrafiltrasi Selulosa Asetat 1. Bahan Baku
Membran selulosa asetat digolongkan sebagai membran organik yang aman terhadap lingkungan karena berasal dari sumber yang dapat diperbaharui
renewable seperti selulosa dari pulp tandan kosong sawit, abaka, jerami dan selulosa mikrobial. Membran selulosa asetat bersifat semikristalin dan
memberikan kekuatan mekanik yang baik, bersifat termoplastik, serta pembuatan relatif mudah. Selain sifat baik tersebut, membran selulosa asetat sangat sensitif
terhadap pengrusakan thermal, kimia, dan biologis. Sebagai usaha untuk mempertahankan membran dari kerusakan maka pH operasi biasanya
dipertahankan pada pH 4 sampai 6,5 pada temperatur kamar.
Pada dasarnya semua polimer dapat digunakan untuk pembuatan membran, tetapi karena karakteristik kimia dan fisika bahan bervariasi, maka
hanya beberapa jenis polimer yang cocok sebagai polimer membran Mulder, 1996; Goosen et al., 2004. Selulosa asetat merupakan polimer alami yang banyak
