TINJAUAN PUSTAKA
2. Proses Pembuatan Membran
Penggunaan membran berbahan baku selulosa diasetat di industri terus meningkat, dan berdampak pada peningkatan kebutuhan selulosa diasetat. Membran ini digunakan oleh industri selain pada proses produksi juga untuk pengolahan limbah (Benziger et al., 1999; Shibata, 2004). Membran yang diproduksi umumnya dalam bentuk datar, meskipun terdapat bentuk-bentuk lain seperti bentuk tubular dan serat berlubang (hollow fiber).
Tujuan pembuatan membran adalah memodifikasi material/polimer dengan teknik yang sesuai sehingga didapatkan membran yang memiliki morfologi/struktur untuk tujuan separasi tertentu. Hal ini menunjukkan material membran membatasi teknik pembuatan membran. Misal : teknik sintering
digunakan untuk pembuatan membran keramik, teknik inversi fasa untuk membran polimer organik yang larut dalam pelarut dan teknik leaching untuk membran gelas (Scott dan Hughes, 1996). Membran selulosa diasetat sebagian besar dibuat dengan teknik inversi fasa meliputi empat tahap yaitu pembuatan larutan cetak yang homogen, pencetakan, penguapan sebagian pelarut atau koagulasi parsial, dan pengendapan polimer dalam koagulan atau bukan-pelarut (Mulder, 1996; Radiman dan Eka, 2007). Inversif asa merupakan proses perubahan polimer secara terkendali dari fasa cair ke fasa padat melalui fasa transisi. Pada tahap tertentu selama proses pemisahan, salah satu fasa cair akan memadat membentuk matriks padatan. Pengendalian tahap awal fasa transisi akan menentukan morfologi membran yang dihasilkan.
Secara umum pembuatan membran secara inversi fasa melibatkan tiga komponen utama, yaitu: polimer, pelarut, dan bukan pelarut. Selain menggunakan bahan dasar tersebut, biasanya ditambahkan bahan aditif lain untuk meningkatkan sifat permukaan membran. Kekentalan larutan dari campuran komponen tersebut tergantung pada berat molekul dan kosentrasi polimer, jenis pelarut, dan aditif. Pada Tabel 7 dapat dilihat berbagai hasil penelitian pembuatan membran selulosa diasetat yang telah dilakukan secara inversi fasa.
Tabel 7. Hasil pembuatan membran selulosa asetat secara inversi fasa
No. Peneliti / Judul Polimer Membran Jenis Membran / Keterangan 1. Idris, A. et al. (2001) / Effect
of Methanol Concentration on the Performance of Asymetric
Cellulose Acetate Reverse
Osmosis Membranes Using
Dry/Wet Phase Inversion
Rechnique.
- Selulosa diasetat komersial (kadar asetil 39,8%) - konsentrasi polimer: 25%, 27%. - Reverse Osmosis / - Pelarut: Aseton (37%; 36,5%; 31,5%) - Bukan-pelarut: Metanol (13%, 10%) - Swelling agent: Formamide (37,5%; 31,5%; 24%; 36,5%) - Koagulasi: 4oC, 24 jam 2. Darwis et al. (2003)/
Pembuatan Membran Filtrasi dari Selulosa Mikrobial.
Selulosa asetat dari selulosa mikrobial (nata de coco) dengan kadar asetil 43,17- 47,99%.
- Mikrofiltrasi / - Pelarut: Formamida - Bukan-pelarut: Air - Aditif: PEG
- Koagulasi: suhu kamar 3. Mahendran, R. et al. (2004) /
Cellulose Acetate and
Polyethersulfone Blend
Ultrafiltration Membranes.
Part I: Preparation and
Characterizations
- Selulosa asetat komersial (kadar asetil 39,99%) + Polietersulfon
- Konstrasi total polimer 17,5% dengan berbagai perbandingan - Ultrafiltrasi (membran komposit) / - Pelarut: DMF - Bukan-pelarut: Air - Aditif: PEG 600 Da
- Larutan cetak: 40oC, 3-4 jam - Koagulasi: suhu kamar, 1-2 jam
4. Idris, A. et al. (2005) / The Effect of Curing Temperature on the Performance of Thin Film Composite Membrane.
- Selulosa asetat komersial (kadar asetil 39,8%) dengan konsentrasi 25% - Polisulfon (15%)
- Ultrafiltrasi (membran komposit)
- Pelarut SA: Aseton (45%) Formamida (30%) - Pelarut PS: PVP (18%), NMP (67%) - Bukan-pelarut: Air - Koagulasi: 2-3oC 5. Desiyarni (2006) / Perancangan Proses Pembuatan Selulosa Asetat dari Selulosa Mikrobial untuk Membran Ultrafiltrasi.
- Selulosa asetat dari mikrobial (nata de coco) dengan kadar asetil: 37,21%; 38,11%; 39,19%; 40,22%
- Konsentrasi SA: 12%, 14%, 16%, 18%, 20%.
- Ultrafiltrasi (membran datar) - Pelarut: DMF
- Bukan-pelarut: Air - Larutan cetak: suhu kamar, 24 jam
- Koagulasi: 2oC, 10oC, 18oC 26oC (24 jam)
6. Chou, W. L. et al. (2007) /
Effect of Molecular Weight and Concentration of PEG Additives on Morphology and Permeation Performance of
Cellulose Acetate Hollow
Fiber.
- Selulosa asetat komersial (kadar asetil 39,8%) dengan konsentrasi 25% - Ultrafiltrasi (membran hollow fiber) / - Pelarut: DMF (75%) - Bukan-pelarut: Air
- Aditif: PEG (1, 10, 40 kDa) - Larutan cetak: suhu kamar - Koagulasi: 25oC, 50oC, 75oC 7. Radiman, C.L. dan Eka, I.
(2007) / Pengaruh Jenis dan Temperatur Koagulan terhadap Morfologi dan Karakteristik Membran Celulosa Asetatat.
- Selulosa asetat komersial (kadar asetil 39,8%) - konsentrasi polimer: 10%
- Mikrofiltrasi / - Pelarut: Formamida (10%) dan Aseton (80%) - Bukan-pelarut: Air dan 2- Propanol
- Koagulasi: 5oC, 15oC, 25oC (beberapa jam)
Lanjutan Tabel 7. Hasil pembuatan membran selulosa asetat secara inversi fasa
8. Cerqueira, D.A. et al. (2008) /
Characterization of Cellulose
Triacetate Membranes,
Produced from Sugarcane Bagasse, using PEG 600
Additive.
- Selulosa asetat dari selulosa ampas tebu
- Aditif: PEG 600 Da
9. Bhongsuwan, D. dan Bhongsuwan, T. (2008) / Preparation of Cellulose Acetate Membranes for Ultra- Nano-Filtration.
- Selulosa asetat komersial dengan konsentrasi 20% - Ultra-Nano-Filtration / - Pelarut: Formamida (33%) dan Aseton (47%) - Bukan-pelarut: Air - Koagulasi: 2-3oC, 30 menit - Evaporasi: 20,30,60 detik 10. Vidya, S. et al. (2008). / Effect of Additive Concentration on Cellulose Acetae Blend Membranes Preparation, Characterization and Application Studies.
- Selulosa asetat komersial
- Pelarut: DMF - Bukan-pelarut: Air - Aditif: PEG 200, PVP
11. Saljoughi, E. et al. (2010). / Effect of PEG additive and coagulation bath temperature on the morphology, permeability and thermal/chemical stability of asymetric CA membranes.
- Selulosa asetat komersial - Pelarut: NMP - Bukan-pelarut: Air - Aditif: NMP (0%, 5%, 10%) - Koagulasi: 0o, 25oC
Pada Tabel 7 dapat dilihat bahwa pembuatan membran jenis proses mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, dan reverse osmosis dengan polimer selulosa asetat dapat dilakukan secara inversi fasa. Terdapat beberapa parameter yang mempengaruhi struktur membran, seperti: pemilihan polimer, pemilihan pelarut dan bukan-pelarut, komposisi larutan cetak, suhu larutan cetak, suhu koagulasi, dan aditif.
Konsentrasi polimer juga mempengaruhi morfologi dan kinerja membran. Penelitian yang telah dilakukan Desiyarni (2006), kenaikan konsentrasi selulosa asetat berbasis selulosa mikrobial dari 12% hingga 20% menghasilkan fluks yang semakin menurun. Kenaikan konsentrasi polimer awal dalam larutan cetak akan membuat konsentrasi polimer pada antarpermukaan lapisan membran lebih tinggi. Keadaan tersebut menunjukkan bahwa fraksi volume polimer naik sehingga porositas lebih rendah dan lapisan bagian atas membran menjadi lebih rapat membuat fluks yang dihasilkan lebih rendah (Mulder, 1996; Mustaffar et al., 2005). Sementara itu, kadar asetil selulosa asetat menentukan selektifitas membran. Kadar asetil yang tinggi akan menghasilkan rejeksi yang tinggi dengan
fluks yang rendah dan sebaliknya (Shibata, 2004). Hasil penelitian Desiyarni (2006) memperlihatkan bahwa permukaan membran selulosa diasetat (SDA) pada kadar asetil 40,22% terlihat lebih rapat dibandingkan dengan permukaan membran SDA pada kadar asetil 37,21% sehingga fluks air, dekstran, dan albumin yang dihasilkan cenderung meningkat. Bobot molekul selulosa diasetat cenderung meningkat dengan semakin tinggi kadar asetil selulosa diasetat. Bobot molekul SDA pada kadar asetil 40,22% adalah 36.965, sementara bobot molekul SDA pada kadar asetil 37,22% adalah 35.875.
Secara umum, membran inversi fasa dapat dibuat dari berbagai polimer. Namun persyaratan utama bagi polimer yang digunakan adalah dapat larut pada pelarut yang sesuai atau campuran pelarut. Pelarut yang banyak digunakan adalah dimetilformamida (DMF). Pemilihan pelarut tersebut juga didasari oleh struktur morfologi membran yang diinginkan, yaitu berpori atau tidak berpori. Air banyak digunakan sebagai bukan-pelarut karena dapat mempercepat proses inversi fasa dibandingkan aseton mau pun etanol (Young dan Chen, 1991). Pelarut DMF mempunyai kelarutan dan affinitas yang tinggi dalam air dibandingkan aseton dan etanol sehingga menghasilkan membran berpori.
Penambahan bahan aditif pada larutan cetak dapat dilakukankan dalam pembuatan membran yang berfungsi sebagai porogen. Terdapatnya aditif tersebut akan mempengaruhi morfologi dan kinerja membran karena dapat menaikkan viskositas larutan polimer, menambah sifat hidrofilik, membentuk pori membran, dan menekan pembentukan makrovoid sehingga diperoleh fluks air yang tinggi. Zat aditif yang sering ditambahkan yaitu Polietilen glikol (PEG), Polivinil pirolidon (PVP), dan alkohol (Chou et al., 2007; Javiya et al., 2008; Saleh et al.,
2008; Aroon et al., 2010). Terdapat banyaknya parameter yang mempengaruhi karakteristik membran yang dihasilkan, sehingga kondisi pembuatan membran masih menarik untuk diteliti sampai saat ini.