Judul : Proses Pembuatan Membran Nanofiltrasi untuk Proses Penjernihan Air
Penulis : Mhd Haris Lazuar Saragih
Nim : 140140009
Alamat : Lhokseumawe
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Membran adalah lapisan tipis yang dapat digunakan untuk memisahkan komponen yang berbeda berdasarkan sifat permeabilitasnya. Perbedaan sifat permeabilitas inilah yang menunjang proses membran untuk diterapkan di hampir seluruh bidang terutama industri kimia. Pemisahan menjadi aplikasi industri yang utama pada teknologi membran selama 15 tahun terakhir tetapi sebenarnya studi tentang pemisahan telah dimulai jauh sebelum periode itu (Baker, 2004). Penelitian tentang sifat permeabilitas dan fenomena osmosis, pertama kali dipublikasikan oleh Abbe Nolet seorang peneliti berkebangsaan Perancis tahun 1748 (Mulder, 1996).
Dengan banyak keunggulan, penggunaan membran juga mempunyai keterbatasan yaitu terjadinya fouling atau polarisasi konsentrasi pada membran, dan jangka hidup membran yang relatif singkat (Mulder, 1996).
2.1 Nanofiltrasi
Nanofiltrasi merupakan proses khusus yang dipilih ketika proses Reverse Osmosis dan Ultrafiltrasi bukan merupakan pilihan yang tepat untuk operasi separasi. Nanofiltrasi bisa digunakan untuk beberapa jenis pemisahan seperti demineralisasi, penghilangan zat warna, dan desalinasi. Pada larutan yang terdiri solute organik, suspended solid, dan ion polyvalen, permeat yang dihasilkan mengandung ion monovalen dan berupa larutan organik dengan BM rendah seperti alkohol (Baker, 2004). Nanofiltrasi adalah proses yang menggunakan tekanan sebagai driving force. Proses separasi didasarkan pada ukuran molekul. Membran yang digunakan dalam proses nanofiltrasi memiliki retensi yang tidak terlalu besar terhadap garam univalen (Dasilva dkk, 2007). Skema pembagian proses filtrasi membran berdasarkan ukuran partikel akan ditunjukkan pada Gambar 2.1berikut.
Gambar 2.1. Skema pembagian proses filtrasi berdasarkan ukuran partikel
(Wenten, 1996)
Proses membran nanofiltrasi (NF) berada diantara ultrafiltrasi (UF) dan reverse osmosis (RO) dan sering disebut sebagai reverse osmosis lepas. Nanofiltrasi adalah membran proses pemisahan yang menggunakan selaput tipis berpori dengan ukuran pori antara 0.001 sampai 0.01 μm. Proses nanofiltrasi berkerja pada tekanan dari 0.3 sampai 1.4 MPa. Proses membran NF didesain beroperasi pada tekanan moderat dengan penolakan / rejeksi dan permeabilitas air tinggi. Membran ini juga merejeksi komponen organik dengan berat molekul 200 sampai 500 g/mol atau lebih. Pemisahan solut pada membran NF meliputi interaksi elektrostatik membran dan solut pada permukaan membran dan ukuran eksklusi.
Batas ukuran pori membuat proses ini menjadi unik karena ion bermuatan tunggal dapat melewati membran dengan bebas tetapi ion bermuatan banyak yang memiliki dimensi lebih besar akan ditahan. Membran NF juga disebut membran demineralizing atau water softening. Proses membran khususnya nanofiltration (NF) pada awalnya diketahui sangat berguna untuk pengolahan air limbah dan produksi air minum. Kemampuan proses membran untuk rejeksi atau fraksinasi kation mono dan multivalent menyebabkan proses ini berpotensi dipakai untuk pemisahan ion. Untuk meningkatkan pemisahan ion, proses NF dapat dihubungkan dengan langkah awal yaitu kompleksasi selektif ion target dengan ligan larut dalam air, misalnya aminocarboxylic seperti Ethylenediaminetetraacetic Acid, EDTA.
Carboxy methyl cellulose sebagai polimer larut dalam air juga dapat digunakan untuk mengkomplekskan bentuk kation dari logam berat sebelum filtrasi. Kemudian kompleks yang terbentuk dapat direjeksi oleh membran, sedangkan ion non-kompleks dapat melewati membran tersebut. Ini adalah prinsip dari nanofiltrasi yang dapat diterapkan oleh berbagai macam pemisahan ion. Teknik kompleksasi - nanofiltrasi menunjukkan sebagai teknik yang menjanjikan untuk menghilangkan logam berat dari suatu larutan. Tujuan kompleksasi adalah untuk meningkatkan berat molekul dan ukurannya. Ukuran dari kompleks harus lebih besar dari poripori membran yang telah dipilih sehingga kompleks tersebut dapat tertahan. Manfaat dari proses kompleksasi-nanofiltrasi adalah mempunyai kinetika reaksi yang sangat cepat, selektivitas pemisahan tinggi, yang tergantung pada penggunaan selective-binding dan berenergi rendah.
F Chitry et al. melakukan pemisahan gadolinium dan lanthanum dengan metode kompleksasi – nanofiltrasi dalam media larutan air. Penelitian ini menggunakan ligan pengkompleks selektif kelompok EDTA, yaitu DTPA. DTPA mempunyai kecenderung membentuk kompleks dengan gadolinium, kemudian ketika dilakukan filtrasi, membran NF akan menahan kompleks gadolinium – DTPA dan meloloskan lanthanum nonkompleks. Proses ini dapat diaplikasikan pada logam lain, sehingga pada perkembangannya banyak peneliti mengadaptasi metode ini untuk proses pemisahan zirkonium – hafnium. Penggantian muatan alami permukaan membran NF dengan menggunakan surfaktan seperti larutan ionik untuk meningkatkan pemisahan logam pada proses pemisahan logam berat belum banyak dipelajari. Semua ion logam berat bermuatan listrik, muatan alaminya tergantung pada pH larutan dan sama dengan muatan permukaan membran.
Berkaitan dengan muatan alami ion logam dan membran, hal yang dapat mempengaruhi efisiensi pemisahan logam berat adalah dengan menambahkan larutan bermuatan lain seperti surfaktan. Pemisahan logam dengan membran NF dapat diperkaya dengan penambahan surfaktan pada larutan umpan. Surfaktan membentuk lapisan tipis larutan bermuatan pada permukaan membran yang mengubah proses pemisahan baik dengan repulsi (penolakan) ataupun penarikan pada lapisan surfaktan dan membran. Guha et al., 2006, mempelajari pengaruh surfaktan pada rejeksi membran untuk pemisahan chromium hexavalent. Surfaktan yang digunakan adalah cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) sebagai kationik, sodium dodecylbezene sulfonate (SDBS) sebagai anionik dan nonionik Triton X-100. Diperoleh bahwa pemisahan logam berat oleh membran NF dapat ditingkatkan dengan menambahkan surfaktan dalam larutan umpan. Peningkatan logam berat dengan penambahan surfaktan tergantung pada pH larutan krom.
Peningkatan pemisahan ditemukan lebih baik pada pH asam. Limbah krom keluaran industri plating sendiri biasanya dalam kondisi asam, hal ini sangat membantu penggunaan surfaktan selama proses filtrasi. Dengan menggunakan surfaktan, pembentukan fouling (pencemar) dapat dihindarkan yang mana dapat meningkatkan umur membran, efisiensi ongkos operasi dan peningkatan pemisahan logam berat. Prinsip kerja membran NF berdasar pada membran semipermeabel, yang mana memisahkan komponen terlarut dengan cara melewatkan larutan dalam membran. Kemudian terbentuk permeate atau filtrat, dan menahan yang lain membentuk rentetate atau konsentrat.
Membran NF biasanya bermuatan negatif, sehingga membran tersebut terutama digunakan untuk penolakan anion untuk menentukan rejeksi garam. Membran tersebut dapat memberikan selektifitas pemisahan, termasuk pemisahan garam dengan muatan yang berbeda dan pemisahan zat organik dengan berat molekul tinggi dari larutan garam monovalen konsentrasi tinggi. Ditambah lagi, membran ini dapat memberikan fluks yang tinggi pada tekanan rendah, jika dibandingkan dengan membran reverse osmosis konvensional. Karakteristik tersebut telah dimanfaatkan dalam pengolahan air limbah. Membran NF telah digunakan secara industrial pada water softening, penghilangan substansi organik terlarut, dan fraksinasi subtansi organik dengan berat molekul besar dan kecil. Membran NF dapat dioperasikan dengan cara crossflow maupun konvensional (dead end).
0 comments:
Posting Komentar