BAB II. TINJAUAN PUSTAKA
2.6. Parameter yang Mempengaruhi Morfologi Membran
Ada beberapa faktor yang dapat mempengaruhi morfologi dan kinerja membran, contohnya pemilihan polimer, pemilihan sistem pelarut dan koagulan, media presipitasi, waktu evaporasi, pemilihan pembawa, serta aditif.
2.6.1. Pemilihan Polimer
Pada dasarnya semua jenis polimer dapat digunakan sebagai membran, namun karena sifat fisik dan kimianya yang berbeda sehingga hanya beberapa jenis polimer saja yang dapat digunakan sebagai membran. Polimer yang ideal adalah yang kuat, amorf, dan tidak rapuh dengan pemakaian pada temperatur di bawah Tg-nya. Polimer juga harus larut dalam pelarut yang sedikit larut dalam air.
Pemilihan polimer adalah faktor yang sangat penting karena akan mempengaruhi unjuk kerja membran secara langsung. Sifat pemisahan tergantung pada struktur dan sifat kimia polimer tersebut.
Membran yang sering digunakan untuk pemisahan gas CO2 dan CH4
difusivitas, solubilitas, dan permeabilitas gas CO2 dan CH4 pada keempat jenis
membran tersebut dapat dilihat pada tabel 2 (Mulder, 2000).
Tabel 2. Perbandingan Rasio Difusivitas, Solubilitas, dan Permeabilitas Gas CO2 dan CH4 pada Beberapa Polimer
Polimer P CO2 (barrer) D CO2/ D CH4 S CO2/ S CH4 P CO2/ P CH4 selulosa asetat 6,0 4,2 7,3 30,8 poliimida 0,2 15,4 4,1 63,6 polikarbonat 10,0 6,8 3,6 24,4 Polisulfon 4,4 8,9 3,2 28,3
Keterangan : P = permeabilitas ; D = difusivitas ; S = solubilitas 1 Barrer = 10-10 cm3(STP)cm/cm
2
s cm Hg
Berdasarkan data di atas, walaupun rasio difusivitas gas CO2 terhadap CH4
pada membran selulosa asetat memiliki harga terkecil namun selulosa asetat dipilih karena harga solubilitas CO2 dan CH4 cukup tinggi nilainya. Pemilihan
selulosa asetat ini juga didasarkan pada sifatnya yang non polar, sama seperti gas CO2 yang lebih non polar dibandingkan gas CH4. Karena sifatnya yang non polar,
selulosa asetat memiliki afinitas yang tinggi terhadap CO2 dan akan meningkatkan
laju permeasi gas CO2 sehingga nilainya lebih tinggi dari polimer lainnya.
Selulosa asetat adalah ester dari asam asetat dan selulosa Dari segi produksi, selulosa asetat merupakan bahan kimia yang mudah diproduksi karena terbuat dari selulosa yang tersedia melimpah di alam seperti dari serat kapas dan pulp kayu.
Gambar 9. Selulosa Asetat
2.6.2. Pemilihan Sistem Pelarut dan Koagulan
Pemilihan pelarut tergantung pada morfologi membran yang diinginkan. Aseton merupakan salah satu pelarut yang mempunyai parameter solubilitas yang rendah terhadap air dan laju penguapan yang cepat dibandingkan pelarut lainnya seperti dimetilformadida (DMF), dimetilacetamid (DMAc), dan N-Metilpirolidin (NMP). Aseton juga dapat melarutkan selulosa asetat dengan baik. Saat koagulasi dengan air, aseton akan mengalami pemadatan yang lambat pada pencetakkan sehingga dihasilkan membran yang relatif tidak berpori (dense). Pada pemisahan gas, membran ini sangat cocok karena akan memberikan selektivitas yang tinggi. Aseton adalah senyawa berbentuk cairan yang tidak berwarna dan mudah terbakar.
2.6.3. Media Presipitasi
Media presipitasi yang umum digunakan adalah air karena akan menghasilkan membran yang mempunyai fluks yang lebih tinggi dibandingkan media presipitasi lainnya seperti i-propanol ataupun metanol. Media presipitasi dibutuhkan dalam jumlah yang cukup banyak dan harus sering diganti sehingga dari segi lingkungan tidak boleh dipilih suatu media presipitasi yang dapat menimbulkan pencemaran lingkungan. Air merupakan media presipitasi yang ramah lingkungan. Selain itu, air juga merupakan media yang murah dan mudah didapat.
2.6.4. Waktu Evaporasi
Setelah membran dicetak, pelarut yang terdapat dalam membran tersebut akan diuapkan dalam waktu yang dapat divariasikan. Semakin singkat penguapan maka pori membran yang terbentuk akan semakin kecil dan densitas lapisan tipis akan semakin kecil juga. Tetapi pada tekanan tinggi, densitas lapisan tipis tidak bisa terlalu kecil karena membran yang terlalu tipis tidak dapat menahan tekanan yang terlalu tinggi.
2.6.5. Pemilihan Pembawa
Biasanya membran terbuat dari bahan padat dan jarang sekali berupa cairan. Akan tetapi prinsip keduanya sama yaitu pemisahan antara komponen yang satu dari komponen yang lain. Pemisahan pada membran terjadi karena adanya perbedaan solubilitas dan difusivitas. Media pembawa dapat mengefektifkan fungsi absorbsi diluar peranan solubilitas dan difusivitas. Adanya pembawa juga dapat meningkatkan kemurnian dari gas yang dipisahkan. Namun
jika pembawa ada di dalam membran dengan kemampuan yang kompleks, maka fluks dapat ditingkatkan. Pembawa dapat berupa cairan yang bersifat bergerak (mobile) ataupun yang tetap (mobilitasnya terbatas) dan dapat berikatan secara kimia (kovalen) atau fisika terhadap polimer membran.
(a) (b)
Gambar 11. Perpindahan Massa pada Membran dengan Media Pembawa. (a) Pembawa Bergerak, (b) Pembawa Tetap
Pada sistem pembawa yang bergerak, molekul pembawa berdifusi melewati membran. Sedangkan pada sistem pembawa tetap, gas yang berikatan dengan pembawa akan bergerak pindah dari sisi pembawa yang satu ke sisi pembawa yang lainnya.
Gambar 12. Polietilen Glikol
Pemilihan pembawa dilakukan berdasarkan kemampuannya untuk mengabsorbsi CO2 sehingga fluks dan selektivitasnya dapat ditingkatkan.
Absorban yang biasa digunakan pada pemisahan dengan metode absorbsi adalah amina, karbonat, dan etilen glikol. Berdasarkan penelitian Li, dkk (1995)
polietilen glikol (PEG) dapat melarutkan gas-gas yang bersifat asam seperti CO2.
penggunaan PEG juga memberikan pengaruh terhadap selektivitas dan laju permeasi CO2 seperti terlihat pada tabel 3.
Tabel 3. Selektivitas dan Laju Permeasi Membran yang Menggunakan PEG Membran Selektivitas Permeasi CO2
(cm3(STP)/cm2s cmHg) Tekanan (cmHg) Referensi PEG 6000 dicampur selulosa asetat 25,6 6,16 x 10-10 20 (Li, dkk. 1998) PEG 20000 dicampur selulosa asetat 30,3 7,49 x 10-10 20 (Li, dkk. 1998) PEG 20000 untuk pelapisan polisulfon 23,8 9,5 x 10-7 517 (H.J, dkk 1999) PEG 20000 dicampur polivinilamina 63,1 5,8 x 10-6 96 (C. Yi, dkk. 2005) PEG 400 dicampur selulosa asetat 178,4 2,55 x 10-6 103,4 (Lucia, 2006)
Satu hal yang mendasar pada membran dengan pembawa adalah reaksi pengikatan antara carrier dengan solute harus bersifat reversible, karena jika tidak reversibel maka transportasi gas akan berhenti ketika semua molekul pembawa telah berikatan dengan gas yang terlarut. Energi ikatan yang dapat bersifat reversibel berkisar antara 10 – 50 kJ/mol (King). Skema transportasi dapat dilihat dalam gambar berikut ini :
Gambar 13. Proses Transportasi CO2 Melewati Membran Dengan Pembawa
CO2 adalah solute, R adalah carrier dan RCO2 adalah ikatan yang terjadi antara
gas terlarut dengan pembawa. 2.6.6. Pemilihan Aditif
Kriteria aditif yang digunakan adalah aditif harus larut dengan pelarut tetapi tidak mudah menguap. Sifat ini dibutuhkan saat evaporasi, agar pori membran dapat terbentuk dengan baik. Dalam penelitian ini digunakan formamida karena sifatnya yang lebih sukar menguap dibandingkan aseton dan pada penelitian sebelumnya dinilai cukup optimal (Lucia, 2006). Formamida berbentuk cairan tidak berwarna namun dapat menyebabkan iritasi pada mata dan kulit. Penambahan formamida pada membran bertujuan meningkatkan jumlah pori serta pori yang lebih besar pada sublayer. Hal ini akan memudahkan keluarnya gas-gas yang telah diseleksi pada lapisan membran yang lebih rapat (dense) sehingga akan memberikan permeabilitas gas CO2 yang tinggi.
