1 BAB 1
PENDAHULUAN
Pada bah ini dijelaskan tentang gambaran penelitian secara singkat mengenaistudi pembuatan membran distilasi modul double layer hollow fiber untuk diaplikasikan pada pengolahan air.
1.1 Latar Belakang
Saat ini dunia sedang mengalami krisis air bersih. Menurut World Health Organization (WHO) pada tahun 2015 terdapat lebih dari 663 juta penduduk dunia yang masih kesulitan dalam mengakses air bersih. Diprediksikan hampir dua per tiga penduduk dunia akan tinggal di daerah yag mengalami kesulitan air bersih (Boretti & Rosa, 2019). Permasalahan krisis air bersih juga akan terjadi di Indonesia.
Menurut Lembaga Ilmu Pengetahuan Indonesia (LIPI) kualitas air bersih Indonesia saat ini merupakan yang terburuk di Asia Tenggara. Tercatat persentase sumber air bersih Indonesia baru mencapai 75,15% untuk skala nasional, angka ini masih berada dibawah target Sustainable Development Goals (SDGs) yang mencapai 100 persen. Data tersebut menunjukkan bahwa masih ada sebagaian penduduk Indonesia yang belum memperoleh air minum layak.
Pengolahan air bersih di Indonesia umumnya berasal dari sungai. Namun, fakta menunjukkan bahwa kualitas air sungai dari tahun ke tahun selalu mengalami penurunan akibat kerusakan lingkungan dan perubahan iklim (Prima, 2016).
Berdasarkan laporan dari Kementerian Lingkungan Hidup dan Kehutanan (KLHK) di tahun 2015 yang dikutip oleh National Georaphic Indonesia (2016), hampir 65 persen air sungai di Indonesia dalam keadaan tercemar berat. Hal ini tentu merupakan kondisi yang sangat mengkhawatirkan mengingat air sungai merupakan sumber utama air bersih yang digunakan sebagian besar penduduk di Indonesia.
Dengan 70 persen permukaan bumi tertutup air tentu ada banyak sumber alternatif air bersih yang dapat dimanfaatkan. Adapun air di planet ini didominasi air asin (air laut) sebanyak 97 persen yang berpotensi untuk didesalinasi dan sisanya
2 adalah air yang berupa es, air tanah atau lainnya (Baker, 2016). Sementara itu, Indonesia sendiri merupakan negara kepulauan yang dikelilingi oleh lautan, luas laut Indonesia mencapai 5,81 juta km2 atau sekitar 75 persen dari total wilayah Indonesia. (Kementerian Kelautan dan Perikanan, 2017).
Proses pengolahan air laut menjadi air bersih disebut juga sebagai desalinasi.
Pemanfaatan air laut sebagai sumber pengolahan air bersih rupanya sudah dilakukan secara optimal di beberapa negara dengan mengaplikasikan teknologi membran. Teknologi membran merupakan proses pemisahan menggunakan lapisan tipis semipermeabel yang bersifat selektif. Proses pengolahan air laut menjadi air bersih dengan mengurangi kadar garam (desalinasi) umumnya menggunakan prinsip osmosis balik reverse osmosis (RO). Membran RO sudah banyak digunakan secara komersil untuk desalinasi air laut karena pengoperasioannya yang mudah dan menghasilkan efisiensi cukup tinggi. Namun, terbatasnya luas permukaan membran dalam satu unit mengakibatkan aliran air yang dihasilkan relatif kecil sehingga membutuhkan banyak unit membran RO dalam satu kali proses untuk menghasilkan jumlah air bersih yang banyak. Disamping itu, proses RO membutuhkan tekanan operasi yang cukup tinggi sehingga konsumsi energi dan biaya operasi tinggi (Kesieme & Aral, 2015). Adanya kelemahan pada membran RO mendorong para peneliti untuk mengembangkan dan mencari inovasi alternatif proses dealinasi air laut yang lebih efisien.
Teknologi desalinasi air laut yang saat ini memungkinkan untuk diaplikasikan adalah membran distilasi. Teknologi membran distilasi telah dikenal selama lebih dari 47 tahun dan terus dikembangkan hingga saat ini. Membran distilasi adalah proses pemisahan berbasis membran yang menggunakan gaya dorong termal dimasa fasa cair dan gas dipisahkan oleh membran berpori namun pori tidak terbasahkan oleh fasa cair (Wenten, dkk., 2015). Terdapat empat jenis konfigurasi membran distilasi diantaranya adalah direct contact membrane distillation (DCMD), air gap membrane distillation, vacuum membrane distillationi, dan sweeping gas membrane distillation. Membran distilasi dengan konfigurasi DCMD lebih banyak digunakan karena operasi yang paling sederhana dan mudah, konsumsi energi yang relatif lebih rendah, serta menghasilkan fluks air yang tinggi.
Membran distilasi tersebut dinilai memiliki keunggulan dibandingkan proses lain,
3 diantaranya menghasilkan rejeksi komponen non-volatile yang tinggi, proses dapat dilangsungkan pada tekanan normal atau lebih rendah dibadningkan dengan proses RO dan pada temperatur rendah, lebih rendah dibandingkan distillasi konvensional, dengan demikian penggunaan energi membran distilasi terbilang rendah (Kesieme, 2015). Membran distilasi juga mampu mengurangi interaksi kimia antara membran dan larutan proses karena sifat membran yang hidrofobik.
Selama ini, sifat hidrofobisitas membran menjadi perhatian khusus untuk diteliti dalam aplikasi membran distilasi. Berbeda dengan proses membran pada umumnya yang menggunakan tekanan sebagai tenaga operasi, membran distilasi menggunakan perbedaan tekanan uap transmembran untuk dapat memisahkan suatu komponen dari campuran. Komponen yang melewati membran berupa fase gas dan kemudian terkondensasi menjadi liquid permeate, sedangkan rentetate berupa fase liquid. Oleh karena itu, berdasarkan penelitian Rana, dkk. (2005), sifat hidrofobisitas penting untuk diperhatikan guna mencegah penetrasi liquid ke membran.
Membran yang bersifat hidrofobik umumnya terbuat dari material polimer, seperti polypropylene (PP), polytetrafluoroethylene (PTFE) ataupun dari polyvinylidene fluoride (PVDF). Namun, membran dengan material polimer memiliki kekurangan, menurut Neghlani et al., (2011), material polimer tidak memiliki kestabilan panas, mekanik dan ketahanan terhadap kimia yang tinggi untuk dikomersialisasi. Sehingga perlu dilakukan mengembangan lebih lanjut mengenai material utama guna meningkatkan kinerja membran distilasi.
Berdasarkan penelitian Qiu et al., (2017), membran keramik dikenal sebagai membran yang memiliki ketahanan terhadap bahan kimia, kestabilan struktur dan termal yang sangat baik. Karena itu, perlu adanya upaya penelitian lebih lanjut mengenai membran keramik sebagai aplikasi membran distilasi (MD). Pada umumnya membran keramik terbuat dari metal oksida, seperti alumina, zirconia, silika dan lainnya, yang bersifat hidrofilik karena secara alami memiliki gugus hidroksil (OH-) pada setiap permukaannya. Berdasarkan sifatnya yang hidrofilik maka perlu adanya modifikasi permukaan sehingga diperoleh permukaan membran keramik yang bersifat hidrofobik atau bahkan superhidrofobik. Modifikasi permukaan hidrofobik dapat mengubah sifat fisiokimia membran keramik, seperti
4 tingkat hidrofobik dan porositas membran. Sifat pada permukaan ini yang akan memisahkan partikel air dan garam terlarut. Menurut penelitian Alias., dkk. (2018), metode modifikasi membran keramik dapat dilakukan dengan menggunakan proses electrospinning, yaitu dengan melapisi permukaan membran dengan lapisan nanofiber agar menghasilkan permukaan dengan sifat tertentu dengan tujuan meningkatkan peforma dari membran. Peforma membran dapat dilihat dari fluks permeate yang dipengaruhi juga oleh porositas. Pengembangan kedua karakteristik tersebut dapat dilakukan melalui penambahan aditif dan Surface Modifying Macromolecules (SMM). Sehingga akan diperoleh membran alternatif untuk aplikasi proses desalinasi air laut dengan peforma yang lebih optimum.
1.2 Perumusan Masalah
Pada penelitian ini, membran keramik hollow fiber sebagai membran distilasi akan dibuat dari keramik dengan penambahan aditif (polyacrylonitrile) PAN dan BSMM. Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan sebelumnya, dapat dirumuskan permasalahan sebagai berikut.
1. Bagaimana proses fabrikasi membran keramik Alumina hollow fiber?
2. Bagaimana mekanisme pembuatan larutan coating agent PAN dan BSMM sebagai bahan utama proses electrospinning?
3. Bagaimana proses pelapisan membran alumina hollow fiber menggunakan coating agent PAN dan BSMM dengan metode electrospinning?
4. Bagaimana pengaruh penambahan aditif PAN dan BSMM terhadap karakteristik membran keramik alumina hollow fiber?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian yang ingin dicapai dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Untuk mendapatkan membran keramik alumina hollow fiber
2. Untuk mengetahui mekanisme pembuatan larutan coating agent PAN dan BSMM sebagai bahan utama proses electrospinning
5 3. Untuk mengetahui proses pelapisan membran alumina hollow fiber menggunakan coating agent PAN dan BSMM dengan metode electrospinning
4. Untuk mengetahui pengaruh penambahan aditif PAN dan BSMM terhadap karakteristik membran keramik alumina hollow fiber
1.4 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang didapatkan dari penelitian ini adalah:
1. Memperoleh alternatif membran untuk aplikasi proses desalinasi air laut.
2. Memperoleh hasil penelitian membran distilasi yang kemudian dapat dijadikan bahan rujukan penelitian selanjutnya.
3. Menghasilkan inovasi yang turut membantu memajukan riset dan teknologi di Indonesia terutama dalam bidang membran pengolahan air.
1.5 Kerangka Pemikirian Penelitian
Garis besar penelitian ini diilustrasikan dalam kerangka pemikiran berupa diagram fishbone. Berdasarkan diagram fishbone, dasar-dasar penelitian disederhanakan untuk kemudian dikerucutkan menjadi keterbaruan dari penelitian ini dengan mengacu terhadap peneltian-penelitian yang telah dilakukan sebelumnya. Kerangka pemikiran dapat dilihat pada Gambar 1.1
6
Gambar 1.1. Kerangka Pemikiran Penelitian
