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