DAFTAR PUSTAKA 43 LAMPIRAN
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mensintesis dan mengkarakterisasi membran polisulfon dengan pendoping TiO2.
2. Mengetahui karakteristik mekanik dan mengetahui kinerja membran polisulfon dengan pendoping TiO2 untuk filtrasi air dengan mengukur kualitas air sebelum dan sesudah filtrasi.
1.4 Hipotesis
1. Pendopingan membran polisulfon dengan TiO2 pada konsentrasi tertentu, akan mempengaruhi karakteristik fisik dan mekanik membran.
2. Pendopingan membran polisulfon dengan TiO2 mempengaruhi hasil pengukuran kualitas air sebelum dan sesudah filtrasi.
Hasil penelitian ini diharapkan dapat menjadi teknologi alternatif dalam pembuatan membran proses pemurnian air yang lebih baik, serta dapat menjadi rujukan bagi penelitian selanjutnya, yang berkaitan dengan bidang ini. Dengan penelitian dan pengembangan teknologi lebih lanjut, hasil riset ini diharapkan dapat diaplikasikan langsung pada masyarakat dan bidang industri, guna mengatasi masalah kekurangan air bersih.
2.1 Filtrasi
Proses yang terjadi pada unit filter adalah penyaringan (filtrasi). Filtrasi merupakan proses alami yang terjadi di dalam tanah, yaitu air tanah melewati media berbutir dalam tanah dan terjadi proses penyaringan. Dengan meniru proses alam ini, dikembangkan rekayasa dalam bentuk unit filter. Tujuan filtrasi adalah untuk menghilangkan partikel yang tersuspensi dan koloidal dengan cara menyaringnya dengan media filter (Scott dan Hughes 1996). Selain itu, filtrasi dapat menghilangkan bakteri secara efektif dan juga membantu penyisihan warna, rasa, bau, besi dan mangan.
Berbagai jenis mekanisme filtrasi, antara lain filtrasi tradisional menggunakan filter pasir cepat. Mekanismenya adalah mechanical straining, yaitu tertangkapnya partikel oleh media filter karena ukuran partikel lebih besar daripada ukuran pori-pori media, sedangkan mekanisme filtrasi dalam filter pasir lambat adalah proses biologis. Filtrasi dengan membran ditujukan untuk menyaring bahan berukuran molekuler dan ionik. Proses yang terjadi selama penyaringan pada filtrasi ini memerlukan driving force, seperti perbedaan konsentrasi, potensial listrik, perbedaan tekanan, dan sebagainya. TiO2 merupakan nanomaterial yang resisten terhadap bakteri.
2.2 Membran
Penggunaan membran dalam pengolahan air bertujuan untuk pemisahan substansi dari larutan. Membran mampu menyaring partikel dalam larutan yang tidak nampak oleh mata telanjang, bahkan membran mikrofiltrasi dapat menahan yeast (3 hingga 12 mikron) dan mikrofiltrasi yang lebih kecil dapat menahan bakteri terkecil (Mulder 1996).
Membran dapat didefinisikan sebagai suatu lapisan tipis semipermeabel diantara dua fasa yang berbeda karakter, fasa pertama adalah feed atau larutan pengumpan dan fasa kedua adalah permeate atau hasil pemisahan, disamping itu juga menghasilkan retentat sebagai hasil residu dala proses filtrasi (Mallevialle et al. 1996). Operasi membran dapat diartikan sebagai proses pemisahan dua atau
sebagai penghalang (Barrier) tipis yang sangat selektif diantara dua fasa, hanya dapat melewatkan komponen tertentu dan menahan komponen lain dari suatu aliran fluida yang dilewatkan melalui membran (Mulder 1996).
Berbagai jenis membran telah banyak dikembangkan untuk berbagai kebutuhan industri dan bidang lainnya, terutama membran sintetik. Keunggulan yang diperoleh dengan teknologi membran antara lain energi yang dibutuhkan cukup rendah, penggunaannya dapat kontinue, perangkatnya dapat digabungkan dengan peralatan lain, serta mampu memisahkan zat-zat yang sensitif terhadap perubahan temperatur.
Berdasarkan eksistensinya membran terdiri dari membran alami dan membran sintetik. Membran alami adalah membran pada sistem dan proses kehidupan makhluk hidup. Komponen utama membran alami adalah lemak dan protein. Sedangkan membran sintetik adalah membran buatan, yang dapat terbuat dari bahan alami (biomembran) atau bahan non alami. Membran buatan digunakan untuk kepentingan penelitian dan pengujian sifat-sifat membran biologi dan juga untuk kepentingan industri. Teknologi membran buatan banyak dimanfaatkan untuk industri kimia dan bahan makanan.
Berdasarkan bentuk membrannya terdiri dari membran simetri dan asimetri. Membran simetri memiliki struktur pori yang homogan dan relatif sama, ketebalannya antara 10-200 µm. Sedangkan membran asimetri memiliki ukuran dan kerapatan yang tidak sama. Membran jenis ini memiliki dua lapis yaitu lapisan kulit yang tipis dan rapat (skin lover) dengan ketebalan < 0,5 µm serta lapisan pendukung yang berpori dengan ketebalan 50-200 µm (Mallevialle et al. 1996).
Berdasarkan kelistrikannya membran terdiri atas membran bermuatan tetap dan membran bermuatan netral. Membran bermuatan tetap dapat dilalui oleh ion-ion tertentu. Membran bermuatan tetap yang hanya dapat dilalui oleh kation saja disebut membran penukar kation (MPK), sedangkan jika hanya dilalui anion saja disebut membran penukar anion (MPA). Selain kedua membran tersebut ada juga membran yang merupakan gabungan keduanya yang disebut Double Fixed Charge Membrane. Membran bermuatan tetap ini dapat digunakan dalam proses
industri, seperti proses elektrolisis, fuel sell, dan berbagai proses filtrasi. Membran bermuatan netral banyak digunakan dalam aplikasi bidang-bidang sains dan teknologi. Membran netral terdiri dari polimer yang tidak mengikat ion-ion tetap. Membran netral juga dapat bersifat selektif terhadap larutan-larutan kimiawi. Selektivitas membran ditentukan oleh unsur-unsur penyusun (monomer), ukuran kimia, ukuran pori-pori, daya tahan terhadap tekanan dan suhu, resistivitas dan konduktivitas serta karakteristik kelistrikan yang lainnya (Baker 2004).
Berdasarkan gradien tekanan sebagai daya dorongnya dan permeabilitasnya, Mulder (1996) membran dapat dibedakan menjadi beberapa jenis yaitu:
a. Mikrofiltrasi (MF). Membran jenis ini beroperasi pada tekanan berkisar 0,1-2 bar dan batasan permeabilitasnya lebih besar dari 50 L/m2.jam.bar. b. Ultrafiltrasi (UF). Membran jenis ini beroperasi pada tekanan antara 1-5
bar dan batasan permeabilitasnya adalah 10-50 L/m2.jam.bar.
c. Nanofiltrasi. Membran jenis ini beroperasi pada tekanan antara 5-20 bar dan batasan permeabilitasnya mencapai 1,4-12 L//m2.jam.bar
d. Reverse osmosis (RO). Membran jenis ini beroperasi pada tekanan antara 10-100 bar dan batasan permeabilitasnya mencapai 0,005-1,4 L/m2.jam.bar
Tabel 1 Perbandingan berbagai teknik membran Teknik
Membran
Air umpan Ukuran Pori Gaya Dorong Tujuan Penyisihan
Mikrofiltrasi Dari filter 0.1-2 µ (umumnya
0.45µ)
Tekanan > 10 psi
(> 0.7 kg/cm2)
Bakteri menyerupai partikel tak larut , bahan koloid
Ultrafiltrasi Dari filter 0.002-0.1µ
(umumnya 0.01µ) Tekanan > 20 psi (> 1.4 kg/cm2) Senyawa berukuran molekuler, termasuk mikroorganisme Elektrodialisis TDS 500 – 8000 mg/l < 1 nm Arus DC 0.27-0.36 kW/lb garam) Ion garam Reverse Osmosis TDS 100- 36000 mg/l < 1 nm Tekanan > 200 psi (> 14 kg/cm2)
Ion garam dan bahan koloid
Gambar 1 Rentang teknik pemisahan dengan membran dibandingkan dengan teknik lain (Reynold 1996).
Berdasarkan struktur dan prinsip pemisahan membran dapat dibedakan menjadi tiga jenis yaitu membran berpori (porous membrane), membran tidak berpori (non porous membrane) dan membran cair (carrier membrane) Mulder (1996).
Membran berpori
Prinsip pemisahan membran berpori adalah didasarkan pada perbedaan ukuran partikel dan ukuran pori membran. Ukuran pori membran berperan penting dalam pemisahan. Membran jenis ini biasanya digunakan untuk mikrofiltrasi, ultrafiltrasi dan nanofiltrasi.
Membran tidak berpori
Pada membran tidak berpori prinsip pemisahannya didasarkan apda perbedaaan kelarutan dan kemampuan berdifusi. Sifat intrinsik polimer membran mempengaruhi tingkat selektifitas dan permeabilitas. Membran jenis ini digunakan untuk proses pemisahan gas, pervaporasi dan diálisis.
Membran Carrier
Pada membran ini prinsip pemisahannya tidak ditentukan oleh membran itu sendiri, tetapi ditentukan oleh sifat molekul pembawa spesifik. Molekul pembawa (carrier) berada di dalam membran dan dapat bergerak jika dilarutkan dalam cairan. Carrier harus menunjukan afinitas yang Sangat spesifik terhadap statu komponen pada umpan sehingga diperoleh selektifitas tinggi. Selain itu permselektifitas komponen sangat tergantung pada spesifikasi bahan pembawa tersebut. Komponen yang dapat dipisahkan dapat berupa cair atau gas, ionik dan non ionik.
2.3 Polisulfon
Polisulfon merupakan polimer yang mengandung sulfur yang dihasilkan dari sintesa subtitusi aromatik nukleofilik antara aromatik halida dengan garam bisfenol. Polimer ini bersifat hidrofobik karena mempunyai gugus aromatik pada struktur kimianya dan memiliki kelarutan yang rendah dalam larutan alifatik rendah namun masih bisa larut dalam beberapa pelarut polar (Kesting 1993) . Kekuatan dan stabilitas polisulfon dipengaruhi oleh grup sulfon dan struktur sikloliniernya.
Polisulfon merupakan polimer yang banyak dipakai pada membran ultrafiltrasi. Unit pengulangannya adalah difenil sulfon. Gugus –SO2 dalam polimer polisulfon (PSf) cukup stabil disebabkan gaya tarik elektronik teresonansi antar gugus-gugus aromatik. Molekul-molekul oksigen dengan 2 pasang elektron tak berpasangan didonorkan untuk membentuk ikatan hidrogen yang kuat dengan solut atau pelarut (Wenten 1999).
Ulangan cincin fenilena menciptakan halangan sterik terhadap rotasi molekul dalam molekul dan gaya tarik sistem elektron teresonansi antara molekul yang berdekatan. Keduanya memberi kontribusi terhadap derajat mobilitas molekul tinggi, rigiditas yang tinggi, creep resistance (ketahanan melar), stabilitas dimensional dan temperatur defleksi termal. Gugus fenil eter dan fenil sulfon mempunyai stabilitas termal dan oksidatif yang tinggi, menghasilkan stabilitas temperatur tinggi yang tahan lama selama penggunaan (Cheryan 1986).
Gambar 2 Struktur kimia polisulfon (Seader dan Ernest 1998)
Menurut Muhammad Romli, Suprihatin dan Nastiti Siswi Indrasti (2008) menyatakan bahwa polimer polisulfon sebagai material dasar memiliki gugus sulfon yang merupakan sink untuk elektron-elektron, sehingga menjadikannya tahan terhadap pengaruh termal maupun oksidasi. Gugus eter pada tulang belakangnya yang memberikan sifat fleksibel, serta gugus alkil yang dapat menaikkan permeabilitas.
Dasar pemilihan polisulfon sebagai membran ultrafiltrasi adalah sebagai berikut:
a. Resistansi kimia tinggi, tidak diserang oleh asam mineral, alkali dan garam. b. Batasan temperatur lebar, khususnya temperatur sampai 75oC - 125oC dapat
digunakan.
c. Toleransi pH yang lebar, PSf dapat secara kontinu dilakukan pada pH 1-13, hal ini memberikan keuntungan untuk tujuan pembersihan.
d. Tahan terhadap klorin, kebanyakan perusahaan menggunakan klorin sampai konsentrasi 20 ppm untuk tujuan sanitasi jangka pendek dan biasanya sampai 50 ppm untuk sanitasi jangka panjang.
e. Membrannya mudah difabrikasi dengan berbagai konfigurasi.
f. Kisaran pori-pori yang luas yang biasa dipakai untuk aplikasi UF, kisaran antara 10A-200A atau dengan MWCO 100-500 kD.
Kelemahan utama PSf hanya terbatas pada tekanan yang rendah 100 psi untuk membran flat dan 25 psi (1,7 atm) untuk membran hollow fiber dan tendensi fouling yang lebih tinggi dibanding membran hidrofilik.
Menurut Radiman (2002), polisulfon merupakan salah satu jenis polimer yang banyak digunakan dalam teknologi membran karena memiliki kestabilan kimia dan termal yang cukup baik. Polisulfon cenderung bersifat hidrofobik sehingga permeabilitasnya untuk sistem larutan air tidak terlalu baik. Polisulfon bersifat hidrofobik karena mempunyai gugus aromatik pada struktur kimianya dan
memiliki kelarutan yang rendah dalam larutan alifatik rendah tetapi masih bisa larut dalam pelarut polar. Keuntungan dari penggunaan polisulfon, diantaranya tahan terhadap panas, kaku dan transparan, stabil antara pH 1.5 – 13.0, tidak larut atau rusak oleh asam-asam encer atau alkali, dan mempunyai kekuatan tarik yang baik (Sembiring 2005).