Preparasi dan Modifikasi Membran untuk Pengolahan Air

Preparasi dan Modifikasi Membran untuk Pengolahan Air Ryan Bagus Fitradi Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri, Institut Teknologi Bandung Jalan Ganesa No. 10, Bandung, Indonesia Corresponding Author : [email protected] Abstrak Air bersih merupakan sumber daya yang sangat penting. Pertambahan penduduk menyebabkan industrialisasi, urbanisasi, dan polusi terjadi. Semua ini menyebabkan cadangan air bersih menurun. Membran merupakan salah satu teknologi yang paling efisien dalam mengolah air. Membran pengolah air umumnya berbasiskan polimer. Sifat yang diinginkan oleh membran pengolah air adalah hidrofilik, permeasi tinggi, selektif, antibakteri, antifouling, dan mempunyai ketahanan pada tekaan tinggi. Metode pembuatan dan preparasi membran polimer tersebut sudah banyak. Untuk mecapai sifat-sifat yang diinginkan, telah dibuat beberapa modifikasi membran menjadi berbagai macam komposit serta cara membuatnya.Perkembangan materialmaterial baru pembuat membran pengolah air sangat cepat seiring dengan perkembangan material nano seperti carbon nanotube, dan nanokomposit logam berat. Unjuk kerja dari membran campuran tersebut sangat baik akan tetapi belum bisa dibuat dalam skala besar.

Kata kunci : membran, polimer, preparasi, modifikasi, pengolahan air, nanokomposit

1. Pendahuluan Air bersih adalah salah satu sumber daya yang paling berharga karena fungsinya dalam membangun kehidupan. Populasi dunia terus meningkat dalam setiap tahun. Manusia cenderung berkembang biak semakin banyak sehingga populasi dunia mencapai tiga kali lipat hanya dalam jangka waktu satu abad dan akan terus meningkat sebanyak 40% sampai 50% dalam 50 tahun mendatang. Angka ini diestimasi dari kecenderungan pertumbuhan dalam beberapa tahun terakhir. Pertumbuhan populasi juga berdampak pada pertumbuhan ekonomi, teknologi, industrialisasi dan laju urbanisasi . Selain itu, pertumbuhan populasi juga menyebabkan pencemaran lingkungan yang menyebabkan polusi pada air. Masalah penyediaan air bersih merupakan masalah yang perlu ditangani secara detail dan menyeluruh karena masalah tersebut akan terus bertambah seiring dengan pertumbuhan penduduk. Penelitian saat ini terfokus pada masalah air yaitu dengan menemukan cara untuk

mendapatkan air bersih. Pemurnian air adalah proses untuk menghilangkan pengotor seperti ion logam, senyawa organik, padatan tersuspensi dan kontaminan biologis untuk mendapatkan air bersih. Air bersih dapat dibuat dari air sungai dan air laut (www.lenntech.com). Membran adalah teknologi pemisahan dengan efisiensi yang tinggi serta harga yang cukup murah untuk kebutuhan pemurnian air. Membran berbasis polimer merupakan membran yang sering digunakan di industri karena lebih murah dan mempunyai unjuk kerja tertinggi. Akan tetapi, membran polimer mempunyai ketahanan mekanik dan termal yang rendah sehingga tidak dapat digunakan pada proses dengan keadaan ekstrim. Beberapa metode modifikasi telah dilakukan untuk menambah kekuatan membran tersebut. Makalah ini akan membahas tentang pengaplikasian membran berbasis polimer termasuk material, preparasi, modifikasi, dan beberapa contoh aplikasi lainnya pada proses pengolahan air.

Ryan Bagus Fitradi, Preparasi Membran untuk Pengolahan Air, 2015, 01-15

Gambar 1. Diagram blok dari unit membran (sumber : Frenkel, 2015) dalam

4. Reverse Osmosis (RO), dapat memisahkan partikel dengan ukuran 10 MWCO. (Wenten,dkk,2012)

Membran adalah unit pemisah yang memisahkan umpan menjadi konsentrat dan permeat.Persamaan neraca massa untuk sistem tersebut adalah sebagai berikut :

MF dan UF sudah digunakan untuk memproduksi air minum sekitar 15 tahun yang lalu. Selain itu, membran juga dipisahkan berdasarkan bentuk modulnya yaitu Spiral Wound, hollow fiber, dan flatsheet.Selain itu, membran juga dapat dioperasikan pada beda tegangan listrik seperti yang ditemukan di Elektrodialisis (ED), Elektrodialisis balik (EDR), dan Elektrodeionisasi (EDI) .

2. Teknologi Pengolahan Air

Membran

2.1 Prinsip Membran

𝑄𝑓 𝑥 𝐶𝑓 = 𝑄𝑐 𝑥 𝐶𝑐 + 𝑄𝑝 𝑥 𝐶𝑝 Persamaan tersebut didasarkan neraca massa terlarut. -

Qf adalah laju alir volumetrik umpan Qc adalah laju alir volumetrik konsentrat Qp adalah laju alir volumetrik permeat Cf adalah konsentrasi umpan Cc adalah konsentrasi konsentrat Cp adalah konsetrasi permeat

Membran dapat dibagi sebanyak empat jenis berdasarkan tekanan operasi : 1. Mikrofiltrasi (MF), dapat memisahkan partikel dengan ukuran sebesar 0,1 sampai 0,5 𝜇m. 2. Ultrafiltrasi (UF), dapat memisahkan partikel dengan ukuran sebesar 0,05 sampai 0,005 𝜇m. 3. Nanofiltrasi (NF), dapat memisahkan partikel dengan ukuran sebesar 0,5 sampai 1 nm.

Membran juga dapat dibagi berdasarkan driving force : 1. Pressure Driven (MF, UF, NF, dan RO) 2. Vacuum Driven (MF dan NF) 3. High Voltage Current (EDR dan EDI) 4. Osmotic Pressure (FO dan PRO) Membran dapat digolongkan berdasarkan jenis unit atau modulnya. Penggolongan tersebut dibagi menjadi bentuk membran yang paling umum. Contohnya spiral wound, hollow fiber, plate and frame dan lainlain. Bentuk modul yang paling sering digunakan dapat dilihat pada Gambar 2. 2.2 Material Penyusun Pengolah Air

Membran

2

Gambar 2. Pembagian Jenis Modul pada Membran (sumber : Frenkel, 2015) Material yang digunakan untuk membran mempunyai sifat-sifat untuk proses pemisahan. Pemisahan melalui membran mempunyai mekanisme-mekanisme sendiri berdasarkan diameter pori yang digunakan. Pada operasi dengan temperatur dan tekanan tertentu, membran harus dapat berfungsi secara maksimal. Untuk itu, pemilihan material dilakukan dengan meninjau fungsi dari membran yang akan dibuat. Material yang digunakan dalam membran pengolahan air adalah material yang mempunyai ciri sebagai berikut : 1. Hidrofilik, yaitu material yang dapat berinteraksi tarik-menarik dengan air. 2. Permeabilitas Air, Material tersebut harus mempunyai kemampuan untuk melewatkan senyawa air. 3. Selektivitas , Selain kemampuan melewati, membran yang digunakan juga harus selektif, khususnya dalam memisahkan air dengan pengotor-pengotornya 4. Mempunyai sifat anti-bakterial, kebutuhan air minum dan

kemurnian lebih tinggi menyebabkan peningkatan kualitas air. Salah satu masalah terbesar dalam memproduksi air adalah kadar bakteri. Air merupakan tempat berkembang biaknya bakteri khususnya di dalam membran yang cenderung statis. Untuk itu membran tersebut harus dapat membunuh bakteri-bakteri yang menempel pada permukaan membran pemisah. 5. Mempunyai sifat ketahanan mekanik yang kuat. Dalam pengolahan air dengan membran , dibutuhkan tekanan operasi yang cukup tinggi untuk melewatkan partikel yang diinginkan melewati pori-pori membran. Contoh yang paling ekstrem adalah desalinasi air laut yang mencapai tekanan operasi 50-70 bar (Curcio,2005). Material penyusun utama membran dapat berupa logam, polimer, keramik, dan lainlain. Untuk pemanfaatan pengolahan air, membran yang sering digunakan untuk


memisahkan air dari kotorannya adalah membran polimer. Polimer adalah senyawa yang terdiri dari banyak monomer. Polimer mempunyai

sifat yang beragam bergantung pada senyawa penyusunnya dan susunan antarmolekul pada polimer. Polimer yang sering digunakan dalam pembuatan membran dapat dilihat di tabel 1.

Tabel 1 Jenis Polimer Umum dan Sifatnya dalam Pembuatan Membran Struktur Polimer

Karakteristik

Hidrofobik Ikatan Hidrogen Mudah fouling Kurang hidrofobik Berikatan hidrogen dengan air Dapat merejeksi protein dan polisakarida Sangat hidrofobik Tidak mudah fouling

Tabel 1 memperlihatkan material membran yang hidrofobik. Membran lainnya yang dapat dipakai dalam pembuatan membran pengolahan air adalah polialkohol (PA), polivinil alkohol (PVA), Selulosa Asetat (CAc), dan Poliakrilonitril (PAN). (Madaeni,2015; Frenkel,2015 ; Curcio,2015). Membran PDMS sering digunakan untuk memisahkan senyawa organik dari larutan air (Jadav, 2015)Membran-membran tersebut mempunyai sifat hidrofilik. Akan tetapi, membran-membran tersebut mudah

terkena fouling dan tidak tahan pada tekanan tinggi. Membran-membran hidrofobik cenderung bersifat kuat dan tidak mudah fouling. Membran tersebut sangat banyak. Untuk mengoptimasi kegunaan tersebut dibuatlah beberapa membran modifikasi. (Madaeni,2015). Membran tersebut dibuat melalui penampuran polimer dan material lainnya. Material tersebut sering disebut komposit. 2.3 Aplikasi Membran dalam Pengolahan Air

4

Gambar 3. Pengolahan Air Laut menjadi Air Minum dengan Teknologi Membran (Wenten, dkk, 2014) Penggunaan membran dalam pengolahan air beragam termasuk desalinasi air laut, water softening, pemurnian limbah industri dan rumah tangga, produksi air utra-murni untuk industri pangan, farmasi dan proses. Penggunaan membran mempunyai banyak keuntungan salah yaitu dari segi fleksibilitas, biaya, tidak memerlukan banyak energi, stabil, mudah untuk dikontrol, dan dapat diperbesar dalam rentang operasi yang beragam. Walaupun begitu masih banyak sekali masalah yang muncul dari proses berbasis membran termasuk fouling, pengolahan konsentrat, umur membran dan ketahanan mekanik, termal, dan kimiawi (Madaeni,2015). Kegunaan membran dalam dalam produksi air minum antara lain adalah dengan penggunaan membran reverse osmosis. Modul membran dapat didesain dengan 4 cara yaitu : satu tahap, dua tahap, two-pass, three center. Sebelum masuk ke reverse osmosis, air diolah terlebih dahulu dengan penyaring dan ultrafiltrasi (Wenten,dkk, 2014a). Contoh lain adalah membran ultrafiltrasi yang digunakan dalam industri makanan , kimia , dan nuklir (Sen,2014). Pengolahan air limbah juga menggunakan teknologi berbasis membran yaitu bioreaktor membran (MBR). Membran tersebut dicelupkan dalam tangki limbah dan menyaringnya menggunakan mikroba

yang tumbuh pada membran. Membran ini cocok untuk aplikasi yang membutuhkan efluent yang besar. Umumnya, MBR digunakan sebagai pengolah awal yang dilanjutkan dengan pengolahan dengan nanofiltrasi, dan reverse osmosis. Biaya penyediaan MBR juga semakin menurun dari tahun ke tahun yaitu sekitar 400 US$/m2 pada 1992, 100 US$/m2 pada tahun 2000. Biaya operasi MBR saat ini sudah mencapai 0,25-1,25 US$/ m2. MBR sudah digunakan di Kubota Jepang sebanyak 237 buah, Mitsubishi (Jepang) sebanyak 185 buah sebagai pengguna terbanyak. Perusahaan lain yang menggunakan MBR antara lain Zenon dan Orelis. (Wenten, dkk, 2014a). Penggunaan membran PVA dalam pengolahan air laut telah dibuat dengan jenis hollow fiber (Chaudri, 2015). Pengolahan produced water diperlukan juga dalam industri minyak dan gas karena kebutuhan air yang sangat vital (www. kochmembran.com). Produksi air dalam industri minyak dan gas akan terus bertambah seiring berjalannya waktu dengan teknologi membran yang baru (Ji,2015). 3.Tahap Pembuatan dan Preparasi Pembuatan membran dapat dilakukan dengan beberapa metode tergantung dari jenis material dan fungsi dari membran


tersebut. Metode yang umumnya digunakan adalah sintering, pelonggaran, track-etching, leaching, inversi fasa. (Wenten dkk, 2011).

(a)

menghilangkan pelarut dan mengendapkan polimer membran sedangkan alat pengendapan celup membutuhkan medium fluida untuk pengendapan. Mekanisme kerja kedua alat tersebut dapat dilihat pada Gambar 3. Proses spinning identik dengan pembuatan membran hollow fiber. Pembuatan membran dengan metode ini menggunakan spinneret untuk mengekstrusi cairan polimer dalam bentuk benang-benang tipis yang nantinya akan dialirkan pada medium pengendapan dan dikeringkan. Skema alat spinneret dapat dilihat pada Gambar 4.

(b) Gambar 4. Metode Preparasi Membran (a) Evaporasi (b) Pengendapan celup (Wenten,dkk,2011) Preparasi membran adalah proses penyiapan membran untuk digunakan. Proses preparasi yang umum digunakan adalah casting, spinning, polimerisasi permukaan, coating, dan secondary growth. (Wenten dkk, 2011). Proses casting sederhana menggunakan pisau pencetak untuk mencetak larutan polimer menjadi membran yang diinginkan. Teknik preparasi casting sering digunakan pada skala laboratorium. Teknik casting juga dapat dibantu oleh alat seperti evaporator dan alat pengendapan celup (Wenten dkk, 2011). Alat evaporasi digunakan untuk

Gambar 5. Metode Spinning dalam Preparasi Membran (Wenten,dkk,2011) Proses coating adalah proses pelapisan alat cetak dengan larutan membran yang kemudian dipadatkan kembali pada suatu medium (Wenten,dkk, 2011). Polimerisasi permukaan adalah pembuatan membran dengan cara melakukan polimerisasi pada permukaan material berpori. Metode jenis ini paling banyak digunakan khususnya pada indsutri pengolah air. Preparasi membran juga dapat dilakukan dengan mentode emulsi. Metode emulsi sederhana mulai menjadi perhatian dalam 10 tahun terakhir. Prinsipnya adalah dengan memaksa partikel terdispersi

6


untuk masuk membran dengan pori seragam (Yace,dkk, 2015). 4. Modifikasi Membran 4.1 Pencampuran membran Polimer dapat dicampurkan dengan sesama polimer, logam, garam, dan lainlain melewati metode pencampuran. Beberapa polimer seperti polietersulfon (PES) dan polivinilidenflorida (PVDF) sudah mempunyai sifat termal dan mekanik yang stabil sehingga cocok untuk dipakai dalam material penyusun membran. Akan tetapi, Penggunaan PES dan PVDF hanya terbatas pada membran yang bersifat hidrofobik sehingga tidak cocok untuk dilewatkan oleh air dan mempunyai kemungkinan fouling yang tinggi. Di lain pihak, polimer yang terbuat dari bahan hidrofilik seperti polivinilalkohol (PVA) ,Selulosa asetat (CAc), dan poliakrilonitril (PAN) juga sering digunakan dalam pembuatan membran. Akan tetapi, membran hidrofilik tersebut mempunyai ketahanan mekanik dan termal yang lebih rendah dibandingkan dengan membran hidrofobik. Penggabungan kedua sifat tersebut dapat diatur dengan memvariasikan komposisi pada campuran awal membran. Tujuan utama dari pencampuran polimer dalam metode ini adalah untuk meningkatkan hidrofilitas dan menurunkan kemungkinan fouling. Rahimpour dan Madaeni (2007) membuat membran PES dengan mencampurkan polimer dengan konsentrasi yang berbeda yaitu CAP (20,30,40%) dan PVP (2,4, dan 8%). Membran yang terbentuk bersifat hidrofilik karena terdapat banyak gugus karbonil pada CAP. Laju fluks air murni, dan rejeksi protein meningkat seiring

dengan bertambahnya rasio komposisi PES/CAP. Penambahan CAP pada campuran juga dapat mengurangi risiko fouling pada membran PES. 4.2 Komposit Film Tipis (TFC) Membran padat umumnya mempunyai fluks yang rendah tetapi mempunyai selektivitas tinggi. Sebaliknya. Membran berpori mempunyai selektivitas yang rendah tetapi mempunyai permeabilitas yang tinggi. Untuk meningkatkan fluks yang melewati membran padat dengan selektivitas tinggi, diperlukan pengurangan ketebalan membran. Komposit yang dibuat terdiri dari dua lapisan yaitu lapisan tipis di atas dan penyangga. Fungsi utama dari penyangga adalah untuk memberikan ketahanan mekanik pada membran, sedangkan fungsi utama dari lapisan tipis membran adalah sebagai tempat permease dan pemisahan dengan membran. Membran lapis tipis (TFC) umumnya dibuat dengan dua tahap yaitu pembentukan penyangga yang berpori dan dilanjutkan dengan pelapisan lapisan tipis. Pembentukan lapisan tipis dibuat dengan metode dipcoating dan polimerisasi antarfasa. Polimerisasi antarfasa sangat unik dan menjadi fokus perhatian dari para pakar membran. Proses yang terjadi pada polimerisasi antarfasa adalah reaksi yang terjadi pada permukaan antara dua monomer yang berhimpitan dengan perbatasan dua fasa antara larutan yang saling tidak larut. Pembuatan membran dimulai dengan mengisi pori – pori penyangga dengan cairan A. Kemudian penyangga tersebut dicelupkan dalam wadah berisi reaktan yang akan bereaksi dengan cairan A. Polimerisasi terjadi pada perbatasan fasa sehingga terbentuk polimer yang mempunyai banyak crosslink. Bantuan sinar uv digunakan untuk mengontrol reaksi polimerisasi yang terjadi (Madaeni,2015).

7


Membran berbasis Polianilin (PA) telah dan 10 bar. Rejeksi ion bivalen lebih dibuat secara komersial menggunakan besar dibandingkan monovalen (MgSO4 metode polimerisasi antarfasa. Reaksi 90%, NaCl 67%) (Rahimpour et. al. polimerisasi yang digunakan adalah reaksi ,2010). polimerisasi antara PDA dan TMC. Pembuatan membran lapis tipis ini juga Poliamida (PDA) menunjukkan unjuk bertujuan untuk meningkatkan kerja yang lebih baik untuk permeabilitas air. Membran jenis ini menghilangkan pengotor dari air. banyak digunakan juga untuk komposit Permeabilitas dari air sebesar 7 hingga 21 nanomaterial seperti pada perak, seng, kg/m2 untuk larutan garam NaCl (1g/L) titanium , dan lain-lain. dan MgSO4 (1g/L) pada tekanan operasi 5 Tabel 2 Data Hasil Penelitian dari Pembuatan Membran Komposit (Sumber : Madaeni,2015) Umpan -

Sifat pori besar

PVDF/PMMA

Effluent dari pabrik mesin

Pori lebih besar, hidrofilitas, lower fouling

PS/PA

Larutan CN- , Zn2+, sifat kimia stabil, less mechanic Zn(CN42-) resistance, selektivitas tinggi

PES/ CAP/ PVP

Larutan Susu

hidrofilitas tinggi, fluks air, melewatkan larutan susu, menahan protein

PES/PI/PVP

Larutan garam

hidrofilitas tinggi, fluks air tinggi, menahan larutan garam

SPC/ PVDF

Emulsi minyak

Lower fouling

PSf/ PAN

Larutan logam berat

Penurunan besar porositas permukaan, porositas dan permeabilitas ,rejeksi logam berat

CA/ SPSf

8

4.3

Pembuatan Nanokomposit

Salah satu alternatif lain untuk meningkatkan unjuk kerja dari membran adalah dengan menggunakan nanokomposit. Membran berbasis polimer akan dicampurkan dengan partikelpartikel anorganik seperti Carbon nanotubes, nanoclay, nano-perak, TiO2, ZnO, Al2O3, Fe3O4, SiO2 ,dan ZrO2. Nanokomposit tersebut adalah nanokomposit yang banyak digunakan. Penambahan komposit-komposit ini akan meningkatkan sifat fisika dan kimia dari membran tersebut. (Al-Hobaib,2015). Pembuatan film dengan kandungan nanokomposit dapat meningkatkan sifat antibakterial, fotokatalisis , dan adsoptivitas (Yin, 2014). 4.3.1 Carbon nanotubes (CNT) CNT telah menarik banyak perhatian karena sifatnya yang unik. CNT mempunyai sifat hidrofilitas yang baik, stabil secara kimia, dan mempunyai permukaan yang sangat luas. Sifat-sifat tersebut dapat digunakan untuk pembuatan material yang mempunyai sifat anti bakteri. CNT dapat menambah kekuatan membran karena mempunyai rasio aspek yang tinggi dan kekuatan yang tinggi (Daraei, Madaeni, Ghaemi, et. al., 2013). Produksi CNT sudah dapat menghasilkan single-walled (SW), double-walled (DW), dan multiwalled (MW) untuk ditambahkan pada komposit polimer.(Vatanpour, Madaeni, Moradian, et. al., 2012). Preparasi membran ini dapat dilakukan dengan empat cara. Cara pertama adalah dengan filtrasi larutan yang mengandung CNT terdispersi dengan membran. Cara kedua adalah dengan polimerisasi in situ pada permukaan komposit membran. (Madaeni, Zinadini, & Vatanpour, 2011a). Cara ketiga adalah dengan mendispersikan CNT ke dalam larutan monomer dan dilanjutkan dengan proses polimerisasi antarfasa. (Madaeni,2015).

Cara keempat adalah dengan mencampurkan nanopartikel ke dalam campuran awal membran dan dicelupkan pada coagulation bath. Metode pencampuran mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan metode lainnya. Metode ini mudah karena kondisi yang lunak, mempunyai reprodusibilitas yang tinggi, dan dapat dikomersialkan secara industri. CNT mempunyai sifat yang baik dalam hal kestabilan kimia dan konduktivitas listrik. Akan tetapi, CNT tidak mudah untuk didispersikan dalam larutan organik dan polimer. Oleh karena itu, dibutuhkan modifikasi permukaan dari CNT untuk dapat ditempelkan pada permukaan membran. Modifikasi yang paling sering digunakan adalah modifikasi secara kimia yaitu dengan menambahkan gugus-gugus yang dapat meningkatkan interaksi dengan matriks polimer atau sering disebut dengan gaya adesi. Vatanpour dkk. (2011) membuat nanokomposit yang tersusun atas PES dan MWCNT yang telah termodifikasi oleh asam yaitu larutan 3M HNO3/H2SO4 (1/3 v/v). CNT yang termodifikasi ini ditempelkan ke permukaan menggunakan metode inversi fasa. Pencampuran ini meningkatkan laju permeasi air dan menurunkan risiko fouling. Vatanpour, Madaeni, Moradian, dkk., (2012) juga membuat membran anti-biofouling dengan mencampurkan PES dengan MWCNT yang termodifikasi oleh TiO2. Untuk mendapatkan membran ini MWCNT dilarutkan ke dalam laurtan HNO3 dan H2SO4 dengan rasio 3:1. Pencampuran ini akan menghasilkan gugus karboksil pada permukaan MWCNT. Untuk menempelkan TiO2 ke dalam permukaan MWCNT yang telah teroksidasi, polycitric acid ditempelkan pada CNT. Tahap terakhir adalah pelapisan permukaan dengan partikel TiO2. Berikut adalah jalur sintesis MWCO yang termodifikasi leh TiO2 pada gambar 6.


Gambar 6. Reaksi modifikasi carbon nanotube (CNT) (sumber : Vatanpour, dkk.,2015) 4.3.2 Nanopartikel Perak Diantara nanopartikel lainnya, perak merupakan nanomaterial pertama yang mendapat perhatian dalam pembuatan komposit membran. Sifat anti bakteri yang dimiliki oleh nanopartikel perak menjadikan material tersebut dijadikan sebagai bahan pembuatan membran. Beberapa peneliti mempercayai bahwa perak adalah logam yang ramah lingkungan karena tidak menimbulkan gejala alergi, tidak beracun, dan dapat terolah dengan baik (Madaeni, 2015). Keuntungan dari nanopratikel perak adalah partikel tersebut tidak perlu ditempelkan pada membran dalam tahap pembuatan. Akan tetapi, akitivitas

antibakterial dari partikel tersebut menurun karena adanya partikel yang hilang selama proses dan adanya bakteri yang tidak mempunyai resistan terhadap Ag. Oleh karena itu, sifat yang paling dicari dari nanopartikel tersebut adalah sifat untuk mereduksi biofouling (Matsuyama, 2012). Contoh modifikasi membran oleh nanopartikel perak adalah membran nitroselulosa (Fernandez, 2015). 4.3.3 Nanopartikel TiO2 Titanium oksida merupakan salah satu material yang digunakan dalam semikonduktor dan mulai menarik perhatian karena sifat fotokatalisis, hidrofilitas, dan penyerapan sinar UV. Beberapa peneliti membuat membran dengan TiO2 untuk meningkatkan unjuk

10


kerja membran seperti hidrofilitas dan menguragi risiko fouling. TiO2 merupakan membran yang paling mudah dibuat untuk aplikasi katalisis , fotokatalisis, dan elektrokatalisis (Moushoul, 2015).

TiO2 pada campuran larutan adalah untuk mereduksi fouling. menunjukkan hasil membran mencampurkan TiO2 dengan lainnya.

polimer Tabel 3 dengan polimer

Ebert, Fritsch, Koll, dan Tjahjawiguna (2004) mengamati pengaruh dari komposisi TiO2 terhadap unjuk kerja dari membran PVDF dan PAI. Pembuatan membran ini dilakukan dengan metode inversi fasa . Yang dan Wang (2006) membuat PS/TiO2 organik-anorganik membran hybrid dengan hidrofilitas yang tinggi dan permeasi yang tinggi dengan metode sol-gel dilanjutkan dengan proses inversi fasa. Membran ini mempunyai sifat hidrofilik, berpori, dan permeabilitas yang tinggi tanpa mengubah kapasitas retensi.Salah satu manfaat penggunaan

TiO2 mempunyai sifat pembunuh bakteri dengan bantuan sinar UV. Damodar dkk. (2009) membuat komposit membran dari PVDF-TiO2 dengan metode inversi fasa dengan mencampurkan kosentrat TiO2 sebesar (0-4%) pada larutan PVDF. Sifat katalisis tersebut diuji dengan bakteri E. coli (konsentrasi awal = 6,6 x 107cfu/ml) tanpa adanya paparan sinar uv. Pengaruh tersebut dapat dilihat dari gambar 4. TiO2 juga dapat dibuat dengan metoda electrospinning dalam bentuk nanofiber (Bai,dkk ,2014).

1.2

1

CFU/CFU0

0.8

Tanpa sinar 0% PVDF/TiO2

0.6

1% PVDF/TiO2 0.4 2% PVDF/TiO2 0.2

4% PVDF/TiO2

0 0

20

40

60

80

waktu (s)

Gambar 7. Profil konsentrasi bakteri terhadap waktu pada beberapa variasi fraksi PVDF/TiO2 (Sumber: Damodar, dkk. , 2009)

11


Tabel 3 material komposit TiO2 dan membran (Sumber : Madaeni,2015) Polimer

TiO2 (jenis)

TiO2 (ukuran, nm)

PSf-PVDF-PAN

Degussa P25

20

PVDF PVB

Rutil Anatase

26-30 180

PES

Degussa P25 20

PES

Rutile 30

PVDF

Degussa P25 20

PVDF

Degussa P25 20

PES

Degussa P25 20

PVDF

Degussa P25 20

PES

Degussa P25 20

CA

Anatase 62

PVDF/ SPES PVDF

Degussa P25 20 Degussa P25 25

PVDF

Degussa (80% anatase dan 20% rutile)

20

12


5. Kesimpulan Masalah utama yang muncul dari proses berbasis membran adalah fouling (www.watertreatmentguide.com). Kebutuhan akan pembersihan fouling sangat besar termasuk , pengolahan awal, pembersihan dan penggantian membran. Penelitian tentang modifikasi membran sudah dilakukan akan tetapi banyak dari hasil penelitian tersebut yang masih belum bisa dikomersialisasi, Untuk itu diperlukan material-material baru yang relatif murah dan mempunyai unjuk kerja yang baik untuk dapat dikomersialisasikan. Untuk menambahkan unjuk kerja dapat digunakan instensifikasi proses dengan memodifikasi membran tersebut khususnya dengan modifikasi modul (Wenten,dkk,2014a). Yohan (2005) mensintesis membran menggabungkan polistiren ke dalam membran HDPE untuk menolak logam berat seperti Cu, As, Cd, Co, Fe, dan Pb. Pembuatan membran dapat dilakukan dengan banyak cara yaitu sintering, tracketching, pelonggaran, inversi fasa, dan leaching. Preparasi membran dapat dilakukan dengan cara spinning, polimerisasi permukaan, coating ,dan secondary growth. Pemilihan pembuatan dan preparasi bergantung pada jenis material dan fungsi membran yang akan digunakan (Wenten,dkk, 2014b). Modifikasi membran dilakukan dengan menambahkan dan mencampurkan material seperti polimer, komposit, dan nanopartikel dalam campuran polimer untuk memberikan sifat membran yang diinginkan. Penambahan material nano seperti perak, seng, titanium, carbon, dapat menambah ketahanan mekanik dan mempunyai sifat antibakteri yang memadai. Daftar Singkatan

CAc Cellulose acetate CNTs Carbon nanotubes DW Double-walled mm-BTEC 3,30,5,50-biphenyl tetra

MWCNT Multi-walled carbon nanotube MWNTs Multi-walled nanotubes NMP N-methyl-2-pyrrolidone om-BTEC 2,20,4,40-biphenyl tetra op-BTEC 2,20,5,50-biphenyl tetra PA Polyaniline PAI Poly(amide-imide) PAN Polyacrylonitrile PES Polyethersulfone PI Polyimide PIP Piperazine PMMA Poly(methyl methacrylate) PS Polystyrene PSf Polysulfone PVA Poly(vinyl alcohol) PVB Poly(vinyl butyral) PVDF Poly(vinylidenefluoride) PVP Polyvinylpyrrolidone SPSf Sulfonated polysulfone SW Single-walled TiO2 Titanium dioxide Daftar Pustaka Al-Hobaib dkk,. 2015 . Effecct of Iron Oxide Particle on the performance of polyamide membran for ground water purification. Journal of Material Science in Semiconductor Processing. Bai, Hongwei, dkk. 2015. Hierarchial heteroarchitectures functionalized membran fir high efficient water purification. Jounal of Membran Science. Chaudri, dkk. 2015. Ultra-thin polyvinylalcohol membrans supported on hoolow fiber and their application for production of pure water. Journal of Desalination. Curcio, E et. al., 2015 . Membran Thecnologies for Desalination and Brackish Water Treatment.

13


Damodar, R. A., You, S. J., & Cho, H. H. (2009). Study the self cleaning, antibacterial and photocatalytic properties of TiO2 entrapped PVDF membrans. Journal of Hazardous Materials, 172, 1321e1328. Daraei, P., Madaeni, S. S., Ghaemi, N., Ahmadi Monfared, H., & Khadivi, M. A. (2013). Fabrication of PES nanofiltration membran by simultaneous use of multi-walled carbon nanotube and surface graft polymerization method: Comparison of MWCNT and PAA modified MWCNT. Separation and Purification Technology, 104, 32e44. Daraei, P., Madaeni, S. S., Ghaemi, N., Khadivi, M. A., Astinchap, B., & Moradian, R. (2013). Enhancing antifouling capability of PES membran via mixing with various types of polymer modified multi-walled carbon nanotube. Journal of Membran Science, 444, 184e191. Daraei, P., Madaeni, S. S., Ghaemi, N., Salehi, E., Khadivi, M. A., Moradian, R., dkk. (2012). Novel polyethersulfone nanocomposite membran prepared by PANI/Fe3O4 nanoparticles with enhanced performance for Cu(II) removal from water. Journal of Membran Science, 415e416, 250e259. Daraei, P., Madaeni, S. S., Salehi, E., Ghaemi, N., Sadeghi Ghari, H., Khadivi, M. A., dkk.(2013). Novel thin film composite membran fabricated by mixed matrix nanoclay/chitosan on PVDF microfiltration support: Preparation, characterization and performance in dye removal. Journal of Membran Science, 436, 97e108.

Dhawan, Gil K. Solutions to Membran Fouling. http://www.watertreatment guide.com/membran_fouling_solutions .htm

Ebert, K., Fritsch, D., Koll, J., & Tjahjawiguna, C. (2004). Influence of inorganic fillers on the compaction behavior of porous polymer based membrans. Journal of Membran Science,233, 71e78. Frenkel, V.S. 2015, Planning and design of membran systems for water treatment. Jadav, dkk. 2015. In-situ preparation od dimethylsiloxane membran with long hydrophobic alkyl chain for application in separation of dissolved volatile organics from wastewater. Journal of Membran Science. Ji,Y. 2015. Membrane technologies for water treatment and reuse in the gas and petrochemical industries. School of Resources and Enviromental Engineering. Koch-Membran System. Produced Water. Sumber : http://www.kochmembran.com/ Water-Wastewater/Oil-Gas/ProducedWater.aspx. diunduh 1 Desember 2015 Lenntech, Drinking Water Production. http://www.lenntech.com/applications/ drinking/drinking-water.html. Diunduh 1 Desember 2015. Madaeni S.S, N. Ghaemi, H. Rajabi. 2015. Advances in polymeric membrans for water treatment. Madaeni, S. S., Zinadini, S., & Vatanpour, V. (2011a). Convective flow adsorption of nickel ions in PVDF membran embedded with multi-walled carbon nanotubes and PAA coating. Separation and Purification Technology, 80, 155e162. Maruyama, T., & Matsuyama, H. (2012). Development of a hydrophilic polymer membran containing silver nanoparticles with both organic antifouling and antibacterial properties. Journal of Membran Science, 387e388, 1e6.

14


Moushoul, dkk. 2015. TiO2 nanocomposite based polymeric membran : a review performance improvement for various application in chemical engineering processes. Chemical Engineering Journal. Rahimpour, A., Madaeni, S. S., Shockravi, A., & Ghorbani, S. (2009). Preparation and characterization of hydrophile nano-porous polyethersulfone membrans using synthesized poly(sulfoxide-amide) as additive in the casting solution. Journal of Membran Science, 334, 64e73. Rahimpour, A., Madaeni, S. S., Taheri, A. H., & Mansourpanah, Y. (2008). Coupling TiO2 nanoparticles with UV irradiation for modification of PES ultrafiltration membrans. Journal of Membran Science, 378, 73e84.

Sen, D. 2014. Novel polysulphone spray-dried silica composite membran for water purification : preparation, characterization, and performance evaluation. Journal of Separation of Purification Technology. Vatanpour, V., Madaeni, S. S., Moradian, R., Zinadini, S., & Astinchap, B. (2012). Novel antibifouling nanofiltration polyethersulfone membran fabricated from embeddingTiO2 coated multiwalled carbon nanotubes. Separation and Purification Technology, 90, 69e82. Wenten, dkk, 2011, Proses Pembuatan Membran, Diktat Kuliah, Institut Teknologi Bandung. Wenten, dkk, 2012, Teori Perpindahan dalam Membran. Diktat Kuliah, Institut Teknologi Bandung.

Wenten, dkk, 2014a, Desain Proses Berbasis Membran, Diktat Kuliah, Institut Teknologi Bandung. Wenten, dkk, 2014b, Intensifikasi Proses Berbasis Membran, Diktat Kuliah, Institut Teknologi Bandung. Yace, Mi, dkk. 2015. Preparation of water-in-oil emulsion using hydrophobic polymer membran with 3D bicontinous skeleton structure. Journl of Membran Science. Yin, Jun, Baoling Deng, 2014. Polymermatrix nanocomposite membran for water treatment. Journal of Membran Science. Yohan,dkk. 2005. Pengolahan Air Limbah Industri : Preparasi Dan Karakterisasi Kopolimer Cangkok Asam Akrilat Pada Film HDPE.sumber : http://ejournal.jurwidyakop3.com/index.ph p/kes-ling/article/view/82.

15

Preparasi dan Modifikasi Membran untuk Pengolahan Air

Recommend Documents