TEKNOLOGI MEMBRAN

(1)

TEKNOLOGI MEMBRAN TEKNOLOGI MEMBRAN OLEH: OLEH: RUDI HARTONO, ST., MT. RUDI HARTONO, ST., MT.

JURUSAN TEKNIK KIMIA - FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

2013

(2)

BAB I BAB I TEKNOLOGI

TEKNOLOGI MEMBRAMEMBRANN

I.1. PROSES MEMBRAN I.1. PROSES MEMBRAN

1.1.1. MEMBRAN [Mulder, 1999] 1.1.1. MEMBRAN [Mulder, 1999]

Membran adalah suatu lapisan penghalang yang dapat Membran adalah suatu lapisan penghalang yang dapat membedakan dua tipe molekul, yang disebabkan oleh adanya membedakan dua tipe molekul, yang disebabkan oleh adanya perbedaan ukuran, bentuk, dan struktur kimia. Proses perbedaan ukuran, bentuk, dan struktur kimia. Proses membran adalah pemisahan pada tingkat molekular atau membran adalah pemisahan pada tingkat molekular atau partikel yang sangat halus. Membran di definisikan sebagai partikel yang sangat halus. Membran di definisikan sebagai lapisan penghalang yang selektif antara dua fasa

lapisan penghalang yang selektif antara dua fasa homogen.homogen.

Molekul atau partikel yang dipindahkan melalui membran dari satu Molekul atau partikel yang dipindahkan melalui membran dari satu fasa ke fasa lain, yang disebabkan oleh adanya:

fasa ke fasa lain, yang disebabkan oleh adanya: -- Gradien TemperaturGradien Temperatur

-- Gradien KonsentrasiGradien Konsentrasi -- Gradien Tekanan, danGradien Tekanan, dan -- Gradien Potensial listrik.Gradien Potensial listrik. SKEMA PROSES PEMISAHAN MEMBRAN SKEMA PROSES PEMISAHAN MEMBRAN

Gambar 1.1. Proses pemisahan membran Gambar 1.1. Proses pemisahan membran

Umpan Permeat

Membran

Membran Fasa 2Fasa 2 Fasa 1 Fasa 1 Gaya Dorong Gaya Dorong ΔP, ΔC, ΔT, ΔE ΔP, ΔC, ΔT, ΔE

(3)

Menurut Nakao (1986) Menurut Nakao (1986)

Berdasarkan gaya dorong yang menyebabakan suatu Berdasarkan gaya dorong yang menyebabakan suatu komponen berpindah dari fasa 1 ke fasa 2.

komponen berpindah dari fasa 1 ke fasa 2.

Proses pemisahan dengan membran dibagi dalam tiga (3) kelas Proses pemisahan dengan membran dibagi dalam tiga (3) kelas utama dapat dilihat pada Tabel 1.1. di bawah ini.

utama dapat dilihat pada Tabel 1.1. di bawah ini.

Tabel 1.1. Proses Pemisahan Membran berdasarkan Gaya Dorong Tabel 1.1. Proses Pemisahan Membran berdasarkan Gaya Dorong Kelas

Kelas Pertama Pertama GayaGaya Dorong Dorong Kelas Kelas Kedua Kedua Gaya Gaya Dorong Dorong Kelas Kelas tiga tiga Gaya Gaya Dorong Dorong Ultrafiltrasi (UF) Ultrafiltrasi (UF)

Reverse Osmosis (RO) Reverse Osmosis (RO)

P

P DialisisDialisis CC ElektroElektro dialisis dialisis

E E

Mulder

Mulder (1996), menamb(1996), menambah kelas ah kelas keempat ykeempat yaitu aitu T T (delta (delta temperatur),temperatur), dan dapat dilihat pada Tabel 1.2. di bawah ini

dan dapat dilihat pada Tabel 1.2. di bawah ini

Tabel 1.2.Klasifikasi Proses Pemisahan dengan Membran Tabel 1.2.Klasifikasi Proses Pemisahan dengan Membran

Beda

Beda Tekanan Tekanan Beda Beda Konsentrasi Konsentrasi Beda Beda PotensialPotensial Listrik Listrik Beda Beda Temperatur Temperatur Mikrofiltrasi

Mikrofiltrasi Pervaporasi Pervaporasi Elektrodialisis Elektrodialisis Termal Termal OsmosisOsmosis Ultrafiltrasi

Ultrafiltrasi Pemisahan Pemisahan Gas Gas Elektro Elektro Osmosis Osmosis Distilasi Distilasi MembranMembran RO

RO Dialisis Dialisis - -

--Piezodialisis

Piezodialisis Perpindahan Perpindahan MolekulMolekul media Pembawa

media Pembawa

-

--MEMBRAN SAAT INI MEMBRAN SAAT INI 1.

1. Belum bisa dBelum bisa digunakan pada igunakan pada skala industri skala industri besar (Pada besar (Pada skalaskala industri kecil banyak digunakan)

industri kecil banyak digunakan) 2.

2. Pemisahan Pemisahan dengan dengan membran membran sejalan sejalan dengan dengan perkembangan perkembangan ilmuilmu polimer

polimer a.

a. Tidak Tidak bisa bisa menahan menahan tekanan tekanan tinggitinggi b.

b. Tidak Tidak bisa menabisa menahan ghan gaya aya mekanikmekanik 3.

3. Hanya bisa digunaHanya bisa digunakan pada temperatur rendah kan pada temperatur rendah (tidak tahan(tidak tahan panas)

panas)

Teknologi pemisahan menggunakan membran memiliki keunggulan Teknologi pemisahan menggunakan membran memiliki keunggulan dibandingkan dengan proses pemisahan konvensional lainnya. dibandingkan dengan proses pemisahan konvensional lainnya. Keuntungan yang dilmilikinya antara lain:

Keuntungan yang dilmilikinya antara lain:

1) Pemisahan berdasarkan ukuran molekular sehingga beroperasi 1) Pemisahan berdasarkan ukuran molekular sehingga beroperasi pada temperatur rendah pemisahannya (Temperatur ambeint). Hal pada temperatur rendah pemisahannya (Temperatur ambeint). Hal ini dapat menghindari kerusakan zat pelarut maupun partikel ini dapat menghindari kerusakan zat pelarut maupun partikel terlarut yang sensitif terhadap panas

terlarut yang sensitif terhadap panas 2)

2) Pemakaian Pemakaian energi energi yang yang relatif rendahrelatif rendah

3) Tidak menggunakan zat bantu kimia dan tidak ada tambahan 3) Tidak menggunakan zat bantu kimia dan tidak ada tambahan

produk buangan. produk buangan. 4)

4) Bersifat modular artinya moduBersifat modular artinya modul membran dapat disl membran dapat discale-up dengancale-up dengan memperbanyak unitnya.

(4)

5)

5) Dapat digabDapat digabung dengaung dengan jenis n jenis operasi operasi lain.lain. BAB II

BAB II

PENGGOLONGAN MEMBRAN PENGGOLONGAN MEMBRAN

2.1.PENGGOLONGAN

2.1.PENGGOLONGAN MEMBRAMEMBRANN

Membran dapat digolongkan berdasarkan : Membran dapat digolongkan berdasarkan :

1. Asal 1. Asal

2. Morfologi 2. Morfologi

3. Struktur dan Prinsip Pemisahan serta 3. Struktur dan Prinsip Pemisahan serta 4. Kerapatan Pori

4. Kerapatan Pori

2.1. 1. BERDASARKAN ASALNYA TERDAPAT DUA JENIS MEMBRAN 2.1. 1. BERDASARKAN ASALNYA TERDAPAT DUA JENIS MEMBRAN YAITU:

YAITU: 1.

1. Membran Membran AlamiahAlamiah

Terdapat dalam sel-sel mahluk hidup baik manusia maupun Terdapat dalam sel-sel mahluk hidup baik manusia maupun hewan.

hewan. 2.

2. Membran Membran SintetikSintetik Dibuat dari bahan: Dibuat dari bahan: 1.

1. Organik Organik (Polimer) (Polimer) maupunmaupun 2. Inorganik

2. Inorganik

Tabel 2.1. Perbandingan Organik dan Inorganik Tabel 2.1. Perbandingan Organik dan Inorganik

Organik Inorganik Organik Inorganik Sellulosa Acetate Sellulosa Acetate Sellulosa Esters Sellulosa Esters Keramik Keramik Polyamide Metal Polyamide Metal Polycrylonitrile Gelas Polycrylonitrile Gelas Polysulfone Polysulfone Composite Composite Kelebihannya: Kelebihannya:

Luas Permukaan persatuan Luas Permukaan persatuan volume tinggi volume tinggi Kelebihannya: Kelebihannya: Kuat Kuat Kekurangannya: Kekurangannya: Kekuatannya Kekuatannya Kekurangannya: Kekurangannya: -- Tdk gampang dibentukTdk gampang dibentuk

-- Luas Luas permukaan permukaan persatuanpersatuan volume rendah

volume rendah

MEMBRAN INORGANIK MEMBRAN INORGANIK

(5)

Mempunyai kestabilan kimia dan termik yang jauh lebih tinggi dari Mempunyai kestabilan kimia dan termik yang jauh lebih tinggi dari polimer. Penggunaannya sebagai bahan pembentuk membran sudah polimer. Penggunaannya sebagai bahan pembentuk membran sudah dimulai

dimulai, enrichment uranium hexafluoride (, enrichment uranium hexafluoride (235235U).U). Tipe membran inorganik yang sering digunakan adalah : Tipe membran inorganik yang sering digunakan adalah :

1. Glass 1. Glass 2. Metalic 2. Metalic 3. Zeolititic 3. Zeolititic Membran metalik Membran metalik

membran yang terbuat dari satu atau

membran yang terbuat dari satu atau beberapa jenis logambeberapa jenis logam Diperoleh melalui

Diperoleh melalui S i n t e r i n g S i n t e r i n g bubuk metal (Stainless steel, tungsten, bubuk metal (Stainless steel, tungsten, atau molybdenum).

atau molybdenum). Membran Keramik

Membran Keramik

Membran yang dibuat dari kombinasi logam dan non logam dalam Membran yang dibuat dari kombinasi logam dan non logam dalam bentuk oksida nitrat dan karbidanya.

bentuk oksida nitrat dan karbidanya. [Dibentuk mela

[Dibentuk melalui klui kombinasi ombinasi metal metal (alumunium, titanium, (alumunium, titanium, silicium,silicium, atau zirconium) dengan non-metal (oxide, nitride atau carbide)] atau zirconium) dengan non-metal (oxide, nitride atau carbide)] Membran

Membran G l a s sG l a s s

Membran yang dibuat dari oksida silikon atau silika. Glass dapat Membran yang dibuat dari oksida silikon atau silika. Glass dapat dikondensasikan sebagai bahan keramik, yang dibuat melalui dikondensasikan sebagai bahan keramik, yang dibuat melalui teknik

teknik l e a c h i n g l e a c h i n g pada pada d e m i x e d g l a s s d e m i x e d g l a s s

Membran yang banyak dikembangkan saat ini adalah membran

Membran yang banyak dikembangkan saat ini adalah membran zeolite,zeolite, karena distribusinya sangat sempit dan dapat digunakan pada proses karena distribusinya sangat sempit dan dapat digunakan pada proses pemisahan

pemisahan gasgas dan dan pervaporasi.pervaporasi.

Kestabilan termik sangat tinggi, dan tabel berikut menunjukan titik leleh Kestabilan termik sangat tinggi, dan tabel berikut menunjukan titik leleh keramik

keramik

Tabel

Tabel 2.2. 2.2. Titik LeTitik Leleh Kleh Keramikeramik Jenis Keramik

Jenis Keramik Titik leleh (Titik leleh (00C)C) Alumina (Al Alumina (Al22OO33) ) 20502050 Zirconia (ZrO Zirconia (ZrO22) ) 27702770 Titania (TiO Titania (TiO22) ) 16051605 Silicon

Silicon Carbide Carbide (Sic) (Sic) 25002500

Ketahanan terhadap temperatur tinggi menjadikan bahan tersebut dapat Ketahanan terhadap temperatur tinggi menjadikan bahan tersebut dapat digunakan pada pemisahan gas temperatur tinggi, dan dapat digunakan pada pemisahan gas temperatur tinggi, dan dapat dikombinasikan dengan reaksi kimia dimana membran dapat dipakai dikombinasikan dengan reaksi kimia dimana membran dapat dipakai sebagai katalis dan sebagai penyeleksi komponen yang akan dipisahkan. sebagai katalis dan sebagai penyeleksi komponen yang akan dipisahkan.

(6)

Keramik adalah bahan yang keras dan rapuh dengan E tinggi Keramik adalah bahan yang keras dan rapuh dengan E tinggi

KERAMIK MIKROFILTRASI KERAMIK MIKROFILTRASI

Membran keramik digunakan karena mempunyai resistensi tinggi Membran keramik digunakan karena mempunyai resistensi tinggi terhadap pelarut organik, mudah dibersihkan, kekuatan mekanik terhadap pelarut organik, mudah dibersihkan, kekuatan mekanik tinggi, dapat digunakan pada daerah pH yang lebar, siklus tinggi, dapat digunakan pada daerah pH yang lebar, siklus pemakaian panjang, dan rasio harga terhadap performasi baik. pemakaian panjang, dan rasio harga terhadap performasi baik.

Sistem filtrasi dikontruksi sebagai sebuah yang dilengkapi dengan tube Sistem filtrasi dikontruksi sebagai sebuah yang dilengkapi dengan tube keramik. Pipa keramik yang kuat dapat digunakan untuk kecepatan keramik. Pipa keramik yang kuat dapat digunakan untuk kecepatan cross-flow yang tinggi dan menghasilkan aliran turbulen. Aliran cross-flow yang tinggi dan menghasilkan aliran turbulen. Aliran turbulen ini dapat menjaga agar tidak terbentuk lapisan pengotor turbulen ini dapat menjaga agar tidak terbentuk lapisan pengotor dan menjamin diperolehnnya fliks permeat yang tinggi.

dan menjamin diperolehnnya fliks permeat yang tinggi. Pada bagian permeat

Pada bagian permeat diberi tekanan (back pulse interval, 1x diberi tekanan (back pulse interval, 1x dalam 3

dalam 3 – – 10 menit) sebesar 2-3 kali tekanan operasi, hal ini 10 menit) sebesar 2-3 kali tekanan operasi, hal ini dimaksudkan agar kotoran tidak membentuk lapisan fluks permeat dimaksudkan agar kotoran tidak membentuk lapisan fluks permeat dapat dipertahankan.

dapat dipertahankan.

Tabel 2.3. Keuntungan dan Kerugian membran keramik adalah Tabel 2.3. Keuntungan dan Kerugian membran keramik adalah

KEUNTUNGAN KERUGIAN

1.

1. Tahan hTahan hingga ingga T= 280T= 280 C, unC, untuktuk membran yang khusus dapat membran yang khusus dapat digunakan hingga 700

digunakan hingga 70000CC 2. Tahan Korosi, pelarut organik 2. Tahan Korosi, pelarut organik 3. Sesuai untuk operasi cleaning 3. Sesuai untuk operasi cleaning

dan steam sterilisation dan steam sterilisation 4. Umur penggunaan panjang 4. Umur penggunaan panjang 5. Fluks tinggi

5. Fluks tinggi

6. Inert terhadap bahan kimia, dan 6. Inert terhadap bahan kimia, dan banyak kegunaannya di industri banyak kegunaannya di industri kimia

kimia

1.

1. Brittle, Brittle, sehinggasehingga penanganannya harus penanganannya harus hati-hati

hati 2.

2. Rasio Rasio luas luas permukaanpermukaan terhadap volum kecil, terhadap volum kecil, sehingga dimensi alat menjadi sehingga dimensi alat menjadi besar

besar

3. Investasi membran keramik 3. Investasi membran keramik

besar besar

2.1.2.BERDASARKAN MORFOLOGINYA, MEMBRAN DIKELOMPOKAN 2.1.2.BERDASARKAN MORFOLOGINYA, MEMBRAN DIKELOMPOKAN MENJADI DUA (2) JENIS YAITU:

MENJADI DUA (2) JENIS YAITU: 1.

1. Membran Membran simetriksimetrik 2.

(7)

Gambar 2.1. Memran Simetrik dan Asimetrik Gambar 2.1. Memran Simetrik dan Asimetrik

2.1.2.1.

2.1.2.1. Membran Membran SimetrikSimetrik

Membran simetrik adalah : Membran simetrik adalah : 1.

1. membran membran yang yang memiliki memiliki kerapatan kerapatan yang yang samasama 2.

2. mempunyai mempunyai struktur struktur pori pori homogen homogen dengan dengan ketebalan ketebalan 1010 –

– 200 200 mm 3.

3. Tidak Tidak memiliki memiliki lapisan lapisan penyanggapenyangga 2.1.2.2. Membran Asimetrik

2.1.2.2. Membran Asimetrik

Membran Asimetrik adalah : Membran Asimetrik adalah :

1.

1. Membran Membran yang yang memiliki memiliki lapisan lapisan penyanggapenyangga (pendukung/Supporting Layer) karena kekuatannya (pendukung/Supporting Layer) karena kekuatannya mekanismenya rendah. Lapisan

mekanismenya rendah. Lapisan penyanggpenyangga (Pendukung)a (Pendukung) memiliki

(8)

2. Membran yang terdiri dari dua lapisan, lapisan 2. Membran yang terdiri dari dua lapisan, lapisan permukaan yang sangat tipis dan rapat dengan permukaan yang sangat tipis dan rapat dengan ketebalan antara 0,1

ketebalan antara 0,1 – – 0,5 0,5 mm

2.1.3.

BERDASARKAN STRUKTUR DAN PRINSIP PEMISAHANNYA, BERDASARKAN STRUKTUR DAN PRINSIP PEMISAHANNYA, TERBAGI TIGA JENIS MEMBRAN

TERBAGI TIGA JENIS MEMBRAN 1.

1. Membran Membran berpori berpori ((M e m b r an e P o r o us M e m b r a n e P o r o u s )) 2.

2. Membran Membran tidak tidak berpori berpori ((M e m b r an e N o n P o r o u s M e m b r an e N o n P o r o u s )) 3.

3. Membran Membran Cair Cair ((C a r r i eC a r r i er r M e m b r an e M e m b r a n e ))

Gambar 2.2

Gambar 2.2 Prinsip dan Prinsip dan struktur pstruktur pemisahan membranemisahan membran 2.1.3.1. Membran berpori (

2.1.3.1. Membran berpori (M e m b r an e P o r o us M e m b r a n e P o r o u s ))

Selektifitas tinggi dapat diperoleh jika partikel yang Selektifitas tinggi dapat diperoleh jika partikel yang berukuran besar dapat tertahan

berukuran besar dapat tertahan Prinsip pemisahannya:

Prinsip pemisahannya:



 Didasarkan pada perbedaan ukuran partikelDidasarkan pada perbedaan ukuran partikel

dengan ukuran pori membran dengan ukuran pori membran



 Membran jenis ini digunakan untuk proses:Membran jenis ini digunakan untuk proses:

1.

1. Mikrofiltrasi Mikrofiltrasi (Melewati air(Melewati air, , Menahan Menahan mikroba)mikroba) 2. Ultrafiltrasi (Melewatkan air, Menahan garam 2. Ultrafiltrasi (Melewatkan air, Menahan garam

mineral mineral 2.1.3.2. Membran tidak berpori (

2.1.3.2. Membran tidak berpori (M e m b r an e N o n P o r o u s M e m b r an e N o n P o r o u s )) Prinsip pemisahannya:



 Didasarkan pada perbedaan kelarutan danDidasarkan pada perbedaan kelarutan dan

kemampuan berdifusi. kemampuan berdifusi.



 Sifat intrinsik polimer membran mempengaruhiSifat intrinsik polimer membran mempengaruhi

tingkat selektifitas dan permeabilitas. tingkat selektifitas dan permeabilitas.



 Membran jenis ini digunakan untuk prosesMembran jenis ini digunakan untuk proses

pemisahan pemisahan 1. Gas 1. Gas 2. Pervaporasi 2. Pervaporasi 3.

3. dan dan DialisaDialisa

Membran

Membran non non pori pori Membran Membran caircair

Membran berpori Membran berpori

(9)

2.1.3.3.

2.1.3.3. Membran Membran Cair Cair ((Carrier Carrier M e m b r an e M e m b r a n e )) Prinsip pemisahannya:



 Sangat ditentukan oleh molekul pembawa yangSangat ditentukan oleh molekul pembawa yang

spesifik tidak dari material atau morfologi . spesifik tidak dari material atau morfologi . “

“Molekul Pembawa” Molekul Pembawa” _::

(i)

(i) Carrier berada Carrier berada tetap tetap di di dalam dalam membranmembran dan

dan (ii)

(ii) Carrier Carrier dapat dapat bergerak bergerak jika jika dilarutkandilarutkan dalam cairan.

dalam cairan.

Menunjukan afinitas yang sangat spesifik Menunjukan afinitas yang sangat spesifik terhadap satu komponen atau suatu kelas terhadap satu komponen atau suatu kelas komponen pada umpan sehingga diperoleh komponen pada umpan sehingga diperoleh selektivitas yang tinggi.

selektivitas yang tinggi.



 Permselectivity komponeen sangat tergantungPermselectivity komponeen sangat tergantung

pada spesifikasi bahan pembawa tersebut. pada spesifikasi bahan pembawa tersebut. Komponen yang dapat dipisahkan dapat berupa Komponen yang dapat dipisahkan dapat berupa gas atau cair, ionik atau non ionik.

gas atau cair, ionik atau non ionik. Catatan :

Catatan :

Carrier membran : Carrier membran :

Ada bahan tertentu dalam membran yang bersifat sebagai zat Ada bahan tertentu dalam membran yang bersifat sebagai zat pembawa (

pembawa ( hanya menyhanya menyenangi 1 komponen saja)enangi 1 komponen saja)

2.1.4. BERDASARKAN KERAPATAN UKURAN PORI DIKENAL 3 JENIS 2.1.4. BERDASARKAN KERAPATAN UKURAN PORI DIKENAL 3 JENIS MEMBRAN

MEMBRAN

1. Makropori : M dengan ukuran pori lebih besar dari 50 nm 1. Makropori : M dengan ukuran pori lebih besar dari 50 nm 2. Mesopor

2. Mesopori i : M : M dengan dengan ukuran ukuran pori antarpori antara 2a 2 – – 50 nm 50 nm 3. Mikropori

3. Mikropori : M dengan : M dengan ukuran lebih ukuran lebih kecil dari 2 nkecil dari 2 nmm

Table 2.4. Size of Materials Retained, Driving Force, and Type of Membrane Table 2.4. Size of Materials Retained, Driving Force, and Type of Membrane Process

Process Size of materialsSize of materials retained

retained Driving forceDriving force Type of membraneType of membrane Microfiltration Microfiltration 0.1 - 10 µm0.1 - 10 µm microparticles microparticles Pressure difference Pressure difference (0.5 - 2 bar)

(0.5 - 2 bar) PorousPorous Ultrafiltration Ultrafiltration 1 - 100 nm1 - 100 nm macromolecules macromolecules Pressure difference Pressure difference (1 - 10 bar)

(1 - 10 bar) MicroporousMicroporous Nanofiltration Nanofiltration 0.5 - 5 nm0.5 - 5 nm molecules molecules Pressure difference Pressure difference (10 - 70 bar)

(10 - 70 bar) MicroporousMicroporous Reverse Osmosis Reverse Osmosis < 1 nm< 1 nm molecules molecules Pressure difference Pressure difference (10 - 100 bar)

(10 - 100 bar) Nonporous Nonporous Dialysis

Dialysis < 1 nm< 1 nm molecules

molecules Concentration differenceConcentration difference

Nonporous or Nonporous or microporous microporous Electrodialysis Electrodialysis < 1 nm< 1 nm molecules molecules Electrical potential Electrical potential difference difference Nonporous or Nonporous or microporous microporous Pervaporation

(10)

molecules molecules Gas Permeation Gas Permeation < 1 nm< 1 nm molecules molecules

Partial pressure difference Partial pressure difference

(1 - 100 bar)

(1 - 100 bar) Nonporous Nonporous Membrane Membrane Distillation Distillation < 1 nm < 1 nm molecules

molecules Partial Partial pressure pressure difference difference MicroporousMicroporous

Table 2.5 Examples of Applications and Alternative

Table 2.5 Examples of Applications and Alternative Separation ProcessesSeparation Processes Process

Process ApplicationsApplications Alternative ProcessesAlternative Processes Microfiltration

Microfiltration Separation Separation of of bacteria bacteria and and cells cells from from solutionssolutions Sedimentation,Sedimentation, Centrifugation Centrifugation Ultrafiltration

Ultrafiltration Separation of proteins and virus,Separation of proteins and virus, concentration of oil-in-water emulsions

concentration of oil-in-water emulsions CentrifugationCentrifugation Nanofiltration

Nanofiltration Separation of dye and sugar,Separation of dye and sugar, water softening water softening Distillation, Distillation, Evaporation Evaporation Reverse Osmosis

Reverse Osmosis Desalination of sea and brackish water,Desalination of sea and brackish water, process water purification process water purification

Distillation, Distillation, Evaporation, Evaporation, Dialysis Dialysis Dialysis

Dialysis Purification Purification of of blood blood (artificial (artificial kidney) kidney) Reverse Reverse osmosisosmosis Electrodialysis

Electrodialysis Separation of Separation of electrolytes electrolytes from from nonelectrolytesnonelectrolytes Crystallization,Crystallization, Precipitation Precipitation Pervaporation

Pervaporation Dehydration Dehydration of of ethanol ethanol and and organic organic solvents solvents DistillationDistillation Gas Permeation

Gas Permeation Hydrogen recovery from process gas streams,Hydrogen recovery from process gas streams, dehydration and separation of air dehydration and separation of air

Absorption, Absorption, Adsorption, Adsorption, Condensation Condensation Membrane

Membrane Distillation Distillation Water Water purification purification and and desalination desalination DistillationDistillation Website:

(11)

BAB III BAB III

MODUL MEMBRAN MODUL MEMBRAN

Dalam prakteknya penggunaan membran untuk pemisahan harus Dalam prakteknya penggunaan membran untuk pemisahan harus ditempatkan dalam suatu alat yang sesuai sehingga membentuk ditempatkan dalam suatu alat yang sesuai sehingga membentuk konfigurasi tertentu. Konfigurasi tersebut sering disebut dengan namanya konfigurasi tertentu. Konfigurasi tersebut sering disebut dengan namanya : Modul Membran

: Modul Membran

Modul Membran dirancang sedemikian rupa sehingga memenuhi syarat Modul Membran dirancang sedemikian rupa sehingga memenuhi syarat untuk pemisahan dan aspek keteknikan lainnya dipertimbangkan.

untuk pemisahan dan aspek keteknikan lainnya dipertimbangkan.

Konfigurasi membran

Konfigurasi membran dalam modul dalam modul membran dirancang membran dirancang agar:agar: Aliran menuju dan dari m

Aliran menuju dan dari membran mencapai keadaan yang optimumembran mencapai keadaan yang optimum yaitu kehilangan tekanannya rendah, dapat mengurangi terjadinya yaitu kehilangan tekanannya rendah, dapat mengurangi terjadinya ““P o l a r i s aP o l a r i s as i Ks i K o n s e n t r a s i o n s e n t r a s i ” dan “” dan “M e m b r a n e F o u l i n g M e m b r an e F o u l i n g ””

((P o l a r i s aP o l a r i s as i K os i K o n s e n t r a s i n s e n t r a s i : Konsentrasi Zat terlarut pada permukaan: Konsentrasi Zat terlarut pada permukaan membran menjadi lebih tinggi daripada larutan.

membran menjadi lebih tinggi daripada larutan.

((F o u l i n g F o u l i n g : Proses terdekomposisinya suspensi atau zat terlarut: Proses terdekomposisinya suspensi atau zat terlarut pada permukaan membran(eksternal), pori atau jaringan berpori pada permukaan membran(eksternal), pori atau jaringan berpori membran. Proses ini mengakibatkan berkurangnya unjuk kerja membran. Proses ini mengakibatkan berkurangnya unjuk kerja membran.

membran.

3.1. Konfigurasi Membran dalam Membran modul 3.1. Konfigurasi Membran dalam Membran modul Ada dua (2) type konfigurasi membran yaitu:

Ada dua (2) type konfigurasi membran yaitu: 1.

1. Konfigurasi Konfigurasi Datar Datar (Flat)(Flat) 2.

2. dan dan Konfigurasi Konfigurasi TubularTubular 3.1.1. Konfigurasi Datar

3.1.1. Konfigurasi Datar

Konfigurasi pertama yang ada di Pasaran digunakan pada : Konfigurasi pertama yang ada di Pasaran digunakan pada :

-- Plate and FramePlate and Frame

(12)

Modul “

Modul “Plate and Frame” Plate and Frame”

Membran yang menyerupai alat filtrasi jenis “

Membran yang menyerupai alat filtrasi jenis “Plate and frame” Plate and frame”

Gambar 2.1. Modul

Gambar 2.1. Modul ““ Plate and F Plate and Frame”rame”

MODUL “

MODUL “SSPIRAL PIRAL WOUND WOUND ””

Merupakan lembaran-lembaran yang digulung menjadi satu kesatuan Merupakan lembaran-lembaran yang digulung menjadi satu kesatuan untuk membentuk modul membran. (murah untuk dikonsumsi, penggantian jenis untuk membentuk modul membran. (murah untuk dikonsumsi, penggantian jenis membran mudah (2tahun sudah diganti).

membran mudah (2tahun sudah diganti).

Gambar 2.2. Modul “Spiral Wound” Gambar 2.2. Modul “Spiral Wound”

3.1.2. KONFIGURASI TUBULAR 3.1.2. KONFIGURASI TUBULAR

Digunakan pada modul “

(13)

Berdasarkan ukuran diameter tubular membran yang dipakai, modul shell Berdasarkan ukuran diameter tubular membran yang dipakai, modul shell and tube digolongkan atas 3 modul:

and tube digolongkan atas 3 modul: 1.

1. Modul TubularModul Tubular 2.

2. Modul KapilerModul Kapiler 3.

3. Modul Hollow fiberModul Hollow fiber

MODUL TUBULAR MODUL TUBULAR

-- Umumnya memiliki diameter 5-25 mm, dan panjangnya 3 mUmumnya memiliki diameter 5-25 mm, dan panjangnya 3 m

-- Membran tubular adalah membran yang dibentuk pada bagianMembran tubular adalah membran yang dibentuk pada bagian dalam tube plasktik, keramik atau stainless steel porous dengan fungsi dalam tube plasktik, keramik atau stainless steel porous dengan fungsi sebagai

sebagai penyangpenyangga.ga.

--Gambar 2.3. Modul “Tubular” Gambar 2.3. Modul “Tubular”

MODUL KAPILER MODUL KAPILER

Memiliki diameter 0,5 hingga 10 mm Memiliki diameter 0,5 hingga 10 mm

MODUL HOLLOW FIBER MODUL HOLLOW FIBER

-- Memiliki ukuran lebih kecil dari 0,5 mm (Mulder, 1996)Memiliki ukuran lebih kecil dari 0,5 mm (Mulder, 1996) -- Atau berdiameter 0,2Atau berdiameter 0,2 – – 2,0 mm dan 2,0 mm dan

-- Ketebalannya sekitar 200 mikronKetebalannya sekitar 200 mikron

-- Untuk membentuk satu kesatuan (bundle) diperlukan ratusanUntuk membentuk satu kesatuan (bundle) diperlukan ratusan hingga ribuan fiber

hingga ribuan fiber

BAB IV BAB IV

KINERJA MEMBRAN KINERJA MEMBRAN

3.1. Kinerja membran

3.1. Kinerja membran ditentukan olehditentukan oleh Dua parameter yaitu

Dua parameter yaitu selektivitasselektivitas dan dan laju alir melalui membranlaju alir melalui membran (fluk (fluk )) yang dinyatakan sebagai

yang dinyatakan sebagai volum permeat per unit area perwaktuvolum permeat per unit area perwaktu tertentu

(14)

J = J = t t A A V V

.

Dimana : Dimana : J

J = = fluks fluks ( ( mm33/m/m22. jam ). jam ) V = volume permeat ( m V = volume permeat ( m33 ) ) A =

A = luas permukluas permukaan membraan membrane ( mane ( m22 ) ) t =

t = waktu ( waktu ( jam )jam )

3.2. Permeabilitas Membran adalah 3.2. Permeabilitas Membran adalah

Ukuran yang menyatakan kecepatan suatu spesi untuk menembus Ukuran yang menyatakan kecepatan suatu spesi untuk menembus membran.

membran.

Parameter yang digunakan untuk meny

Parameter yang digunakan untuk menyatakan permeabilitas adalah :atakan permeabilitas adalah : Nilai

Nilai fluk fluk yang yang didefinisikan didefinisikan sebagai sebagai Jumlah Jumlah volume volume permeat permeat yangyang melewati satu satuan luas membran dalam waktu tertentu.

melewati satu satuan luas membran dalam waktu tertentu.

3.3. Permselektivitas didefinisikan sebagai 3.3. Permselektivitas didefinisikan sebagai



 Kemampuan suatu membran menahan suatu spesi tertentuKemampuan suatu membran menahan suatu spesi tertentu 

 Permselektivitas bergantung pada interaksi antar muka denganPermselektivitas bergantung pada interaksi antar muka dengan

spesi yang akan melewatinya, ukuran spesi dan ukuran pori spesi yang akan melewatinya, ukuran spesi dan ukuran pori permukaan membran.

permukaan membran.

Parameter yang digunakan untuk menyatakan permselektivitas membran Parameter yang digunakan untuk menyatakan permselektivitas membran adalah:

adalah: Nilai Koefisien Rejeksi R Nilai Koefisien Rejeksi R yang dinyatakan dalam persamaan : yang dinyatakan dalam persamaan :

R = 1

R = 1 – – _(C_(C_p_p – – _C_C_f_f_{) x 100%}_{) x 100%} Dimana

Dimana : : R = R = Koefisien Koefisien RejeksiRejeksi C

C p p = = Konsentrasi Konsentrasi zat zat terlarut terlarut dalam dalam permeatpermeat

C

(15)

BAB V BAB V

GENERASI PROSES PEMISAHAN MEMBRAN GENERASI PROSES PEMISAHAN MEMBRAN

(16)

Skema Proses Membrane dan driving forcenya Skema Proses Membrane dan driving forcenya

(17)

BAB VI BAB VI

SISTEM DESIGN MEMBRAN SISTEM DESIGN MEMBRAN

(18)

(19)

(20)

BAB VII BAB VII

KARAKTERISASI MEMBRAN KARAKTERISASI MEMBRAN

Beberapa penjelasan , misalnya jenis pori berdasarkan ukuranya Beberapa penjelasan , misalnya jenis pori berdasarkan ukuranya menurut IUPAC sebagai berikut :

menurut IUPAC sebagai berikut :



 Makropori > 50 nm Makropori > 50 nm 

 Mesopori Mesopori 2 nm 2 nm , ukuran , ukuran pori , pori , 50 nm50 nm 

 Mikropo Mikropori ri < < 2 2 nmnm

Jika ukuran pori bervariasi makro dan mesopori, maka membran jenis Jika ukuran pori bervariasi makro dan mesopori, maka membran jenis tersebut tidak dikarakterisasi berdasarkan sifat bahan tetapi ukuran pori tersebut tidak dikarakterisasi berdasarkan sifat bahan tetapi ukuran pori dan distribusi ukuran pori, yang umumnya ditentukan berdasarkan partikel dan distribusi ukuran pori, yang umumnya ditentukan berdasarkan partikel atau molekul yang tertahan dapat lolos melalui membrane.

atau molekul yang tertahan dapat lolos melalui membrane.

Maksud dari karakterisasi membran yang utama adalah : Maksud dari karakterisasi membran yang utama adalah :

1.

1. Luas Luas permukaan permukaan membranmembran 2.

2. Distribusi Distribusi ukuran ukuran poripori 3. Porositas 3. Porositas 4. Rejeksi 4. Rejeksi 5. Fluks 5. Fluks 6.

6. Kestabilan Kestabilan terhadap terhadap temperaturetemperature 7.

7. Ketahanan Ketahanan terhadap terhadap pelarut pelarut dandan 8.

8. Ketahanan Ketahanan terhadap terhadap tekanantekanan

Dua tipe untuk mengkarakterisasi membrane pori adalah sebagai berikut: Dua tipe untuk mengkarakterisasi membrane pori adalah sebagai berikut:

1.

1. StrukStruk ture-relateture-related d parametersparameters

Menentukan ukuran pori dan distribusi ukuran pori, tebal lapisan Menentukan ukuran pori dan distribusi ukuran pori, tebal lapisan tipis dan porositas dipermukaan

tipis dan porositas dipermukaan

2.

2. Permeation-related Permeation-related parametersparameters

Penentuan parameter yang pemisahan menggunakan solute yang Penentuan parameter yang pemisahan menggunakan solute yang tertahan oleh membrane (

(21)

Kedua tipe di atas tidak mudah untuk dihubungkan karena ukuran pori Kedua tipe di atas tidak mudah untuk dihubungkan karena ukuran pori dan bentuknya tidak pernah terdefinisi dengan baik

dan bentuknya tidak pernah terdefinisi dengan baik

Beberapa metoda yang digunakan untuk karakterisasi membrane

Beberapa metoda yang digunakan untuk karakterisasi membrane , yaitu:, yaitu:

MIKROFILTRASI MIKROFILTRASI



 Bubble Bubble point point (largest (largest pore pore diameter)diameter) 

 Pure Pure water water fluxflux 

 Pore Pore size size distribution distribution curvescurves

ULTRAFILTRASI ULTRAFILTRASI



 Molecular Molecular weight weight Cut-Off Cut-Off (MWCO)(MWCO) 

 Pore Pore size size distribution distribution curvecurve 

 Pore Pore diameter diameter (inorganic (inorganic membrane)membrane)

NANOFILTRASI NANOFILTRASI



 NaCl NaCl rejection rejection atau atau NaNa₂₂SOSO₄₄ rejektion rejektion 

 Mixed Mixed salt salt rejectionrejection 

 Saccharide Saccharide rejectionrejection 

 MWCO MWCO 

 Surface Surface ChargeCharge

REVERSE OSMOSIS REVERSE OSMOSIS



 NaCl NaCl rejectionrejection

7.1. MIKROFILTRASI 7.1. MIKROFILTRASI Ukuran pori 0,1

Ukuran pori 0,1 – – 10 mikron dan metode yang dapat digunakan adalah: 10 mikron dan metode yang dapat digunakan adalah: 1.

1. Scanning Scanning electron electron microscopymicroscopy 2. Metoda

2. Metoda bubble-point bubble-point 3.

3. MercuryMercury intrusion porometry intrusion porometry 4.

4. Permeation Permeation measurementsmeasurements

Tiga metode yang pertama untuk pengukuran morfologi atau struktur, Tiga metode yang pertama untuk pengukuran morfologi atau struktur, sedangkan yang terakhir adalah metode

(22)

ELEKTRON MIKROSCOPY (EM) ELEKTRON MIKROSCOPY (EM)

Dua macam teknik yang dapat digunakan, yaitu Scanning electron Dua macam teknik yang dapat digunakan, yaitu Scanning electron microscopy (

microscopy (SEMSEM) dan Transmission electron microscopy () dan Transmission electron microscopy (TEMTEM).). SEM adalah :

SEM adalah :

Metode yang paling sederhana dan dapat mendeteksi struktur pori Metode yang paling sederhana dan dapat mendeteksi struktur pori membran .

membran .

Pori membrane mikrofiltrasi berkisar antara 0,1-10 mikron dan Pori membrane mikrofiltrasi berkisar antara 0,1-10 mikron dan resolusi

resolusi SEM SEM 0,01 mikron 0,01 mikron (10 nm).(10 nm).

Sample dilapisi oleh lapisan yang bersifat konduktif, missal lapisan Sample dilapisi oleh lapisan yang bersifat konduktif, missal lapisan tipis emas dan terhadap sample tersebut dipancarkan berkas tipis emas dan terhadap sample tersebut dipancarkan berkas electron (1-25 kV) dan berkas yang dipantulkan dari sample electron (1-25 kV) dan berkas yang dipantulkan dari sample ditangkap oleh detector dan diproses selanjutnya dan dapat dilihat ditangkap oleh detector dan diproses selanjutnya dan dapat dilihat dalam bentuk gambar.

dalam bentuk gambar.

ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM) ATOMIC FORCE MICROSCOPY (AFM)

Adalah metoda untuk menentukan struktur permukaan membrane Adalah metoda untuk menentukan struktur permukaan membrane

(23)

(24)