Defect Pada Membran Perpindahan Massa Pada Membran

41

2.7. Defect Pada Membran

Defect merupakan cacat yang terdapat pada permukaan atas membran yang disebabkan oleh gelembung udara, partikel debu, dan ketidaksempurnaan dalam pembuatan membran. Defect terkadang sangat sulit untuk dihindari, terutama bila pembuatan membran dilakukan di udara terbuka. Pada tahap preparasi membran asimetrik, tujuan yang ingin dicapai adalah membuat membran dengan lapisan selektif yang setipis mungkin untuk meningkatkan fluks gas yang ingin dipisahkan. Namun lapisan selektif ini harus bebas defect untuk mendapatkan selektivitas membran yang tinggi Baker, 2000. Gambar 15. Defect Pada Membran Asimetrik Pada membran asimetrik, defect ini akan membuat lapisan selektif dense berlubang sehingga pada bagian yang terkena defect tersebut, zat yang akan dipisahkan tidak melewati lapisan dense tapi langsung menuju lapisan berpori. Defect ini tidak akan memberikan pengaruh yang terlalu signifikan terhadap performa dari membran asimetrik yang digunakan untuk proses pemisahan cairan 42 seperti ultrafiltrasi dan reverse osmosis, tetapi akan menjadi masalah besar untuk aplikasi pemisahan gas. Salah satu cara untuk mengatasi masalah defect ini adalah dengan melakukan coating pada permukaan atas membran dengan suatu lapisan tipis yang terbuat dari bahan yang relatif permeabel seperti silicone rubber. Lapisan ini tidak berfungsi sebagai penghalang selektif melainkan hanya untuk mengurangi aliran gas yang akan melewati bagian membran yang terkena defect. Karena bagian yang terkena defect sangat kecil, adanya lapisan coating ini akan membuat defect yang terjadi dapat dianggap diabaikan Baker, 2000. Gambar 16. Coating Pada Defect Membran

2.8. Perpindahan Massa Pada Membran

Membran memiliki kemampuan untuk memisahkan satu komponen dengan komponen lainnya karena adanya perbedaan sifat fisika dan atau sifat kimia antara membran dengan komponen permeat. Perpindahan massa pada membran dapat disebabkan oleh adanya gaya penggerak yang dapat berupa perbedaan konsentrasi C, perbedaan tekanan uap P, perbedaan temperatur 43 T, ataupun perbedaan potensial listrik E antara kedua fasa. Besarnya laju permeasi sebanding dengan besar gaya penggerak tersebut Mulder, 2000 Mekanisme penyerapan gas oleh membran dimana tekanan sebagai daya penggeraknya adalah : a. Penyerapan molekul gas oleh membran pada sisi gas yang bertekanan tinggi b. Pelarutan gas ke dalam membran c. Difusi gas dalam membran ke arah yang bertekanan rendah d. Pelepasan molekul gas dari larutannya pada sisi yang bertekanan lebih rendah Laju pemisahan fluks didefinisikan sebagai jumlah volume, massa atau mol suatu zat yang mengalir melewati membran persatuan luas persatuan waktu. Sedangkan gaya penggerak adalah besarnya gradien X dapat berupa konsentrasi, tekanan, temperatur, ataupun potensial listrik. Hubungan antara fluks dengan gaya penggerak dinyatakan dengan persamaan : dx dX D J − = Keterangan : J = fluks g.cm -2 s -1 D = Koefisien difusi dx dX = gaya penggerak Permeabilitas pada membran adalah besaran yang menggambarkan seberapa banyak gas yang menembus membran tersebut karena suatu perbedan tekanan per area membran. Permeabilitas gas P pada membran dikendalikan oleh mekanisme pelarutan difusi, yang secara metematis ditulis sebagai berikut : 44 P = D x S keterangan : P = Permeabilitas [cm 3 STP cmcm 2 s cmHg] D = Difusivitas [cm 2 s] S = Solubilitas [cm 3 STP cm 3 cmHg] Difusivitas menunjukkan seberapa cepat suatu gas dapat berdifusi. Difusivitas gas yang melalui membran dipengaruhi oleh ukuran molekul gas. Difusivitas akan meningkat dengan berkurangnya ukuran molekul gas. Gas CO 2 memiliki diameter kinetik yang lebih kecil dibanding CH 4 sehingga memiliki difusivitas yang lebih tinggi. Diameter kinetik beberapa molekul gas dapat dilihat pada tabel 4 Mulder, 2000. Tabel 4. Diameter Kinetik Beberapa Molekul Gas Molekul Gas Diameter Kinetik A He 2,6 Ne 2,75 H 2 2,89 CO 2 3,3 Ar 3,4 O 2 3,46 N 2 3,64 CO 3,76 CH 4 3,8 C 2 H 4 3,9 Solubilitas atau kelarutan gas pada membran polimer ditentukan oleh kemudahan gas tersebut untuk terkondensasi. Semakin mudah terkondensasi maka solubilitas gas tersebut semakin tinggi. Suhu kritis gas dapat menunjukkan mudah 45 tidaknya gas tersebut terkondensasi. Semakin tinggi suhu kritis suatu gas semakin mudah gas tersebut berkondensasi sehingga solubilitas semakin tinggi pula. Tabel 5. Suhu Kritis T c dan Solubilitas Gas Pada Karet Silikon Gas T c K Solubilitas cm 3 STP cm 3 .bar N 2 126,1 0,2 O 2 154,4 0,4 CH 4 190,7 0,5 CO 2 304,2 2,0 Solubilitas dan difusivitas gas CO 2 yang lebih tinggi dari gas CH 4 akan menghasilkan permeabilitas gas CO 2 yang jauh lebih besar dibanding permeabilitas gas CH 4 pada proses pemisahan dengan membran. Hal inilah yang menjadi salah satu dasar pertimbangan penggunaan membran untuk pemisahan gas CO 2 dengan CH 4 .

2.9. Permeabilitas Gas Murni