PEMBUATAN MEMBRAN ULTRAFILTRASI POLISULFON

Transkripsi

1 PEMBUATAN MEMBRAN ULTRAFILTRASI POLISULFON Kelompok A Arifin Noor danyurisko Pembimbing : Dr. Ir. I Gede Wenten ABSTRAK Membran merupakan salah satu teknologi alternatif yang banyak di gunakan pada saat ini, terutama dalam proses pemisahan dan pemurnian. Teknologi ini digunakan sebagai pengganti dari proses pemisahan konvensional yang masih banyak digunakan. Hal ini disebabkan karena teknologi ini lebih ramah lingkungan dan juga hemat dalam penggunaan energi dibandingkan teknologi yang ada pada saat ini, tetapi Indonesia belum memiliki teknologi dalam fabrikasi sehingga pengadaannya masih mengimpor dari negara-negara lain Tujuan penelitian ini adalah mempelajari proses pembuatan datar dengan menggunakan mesin casting dan mempelajari pengaruh konsentrasi polimer, waktu evaporasi, dan temperatur bak koagulasi terhadap pembentukan. Pada penelitian ini, disain peralatan pembuatan masih mengalami penyempurnaan. Untuk optimasi parameter proses, maka dilakukan percobaan secara secara manual dengan metode inversi fasa, presipitasi imersi. Larutan polimer yang digunakan pada proses pembuatan ini terdiri dari (PS f ), polietilen glikol 600 (PEG), dan dimetil asetamida (DMAc). Air digunakan sebagi koagulan. Membran yang dihasilkan dikarakterisasi untuk mengetahui permeabilitas dan molecular weight cut off (MWCO). Hasil yang diperoleh pada penelitian ini menunjukkan adanya penurunan permeabilitas dari 345,2 l/m 2.jam.bar menjadi 150,5 l/m 2.jam.bar untuk tekanan operasi yang sama yaitu 0,5 bar akibat kenaikan konsentrasi dari 17 %-b sampai 23 %-b dalam larutan polimer. Penurunan Permeabillitas juga terjadi dari 232,6 l/m 2.jam.bar menjadi,62 l/m 2.jam.bar pada tekanan operasi yang sama yaitu 0,5 bar akibat kenaikan waktu evaporasi dari 10 detik hingga 30 detik di udara. Kenaikan temperatur bak koagulasi mengakibatkan kenaikan permeabilitas dari 80,40 l/m 2.jam.bar menjadi 241,25 l/m 2.jam.bar pada tekanan operasi 0,5 bar. Kata kunci: Mesin Casting, Inversi fasa 1. PENDAHULUAN Teknologi pemisahan menggunakan lapisan sebagai medium pemisah merupakan teknik terbaru terutama dalam industri proses yang menjanjikan beberapa kelebihan dibandingkan dengan teknologi pemisahan yang selama ini digunakan. Teknologi ini mulai dikembangkan sejak tahun 1960-an sebagai akibat dari pertumbuhan industri-industri di bidang pemrosesan seperti, industri bioteknolgi, industri farmasi, dan industri makanan yang melibatkan proses-proses yang amat canggih. Pengggunaan semakin meningkat seiring dengan meningkatnya isu pencemaran lingkungan dan meningkatnya konsumsi energi dalam perkembangan industri dimasa mendatang. Keberadaan mampu menjawab permasalahan tersebut, karena mempunyai banyak keuntungan dalam berbagai aplikasinya dibandingkan proses-proses yang digunakan sebelumnya salah satunya adalah kebutuhan energi yang tidak terlalu besar dalam operasinya.teknologi dapat dikatakan sebagai teknologi bersih yang tidak menambahkan zat-zat lain, yang sebenarnya malah lebih mengotori lingkungan. Hal ini dikarenakan proses pemisahan oleh dilakukan berdasarkan perbedaan kecepatan zat dalam, bukan berdasarkan kesetimbangan fasa ataupun mekanik. Proses pemisahan dengan menggunakan tidak memerlukan kehadiran zat-zat tambahan, baik sebagai pengekstrak, pengadsorb ataupun zat-zat lainnya. Selain keuntungan-keuntungan yang telah disebutkan diatas, teknologi juga mempunyai keterbatasan-keterbatasan seperti, masalah optimasi antara fluks dan selektivitas, polarisasi konsentarsi, pendeknya umur, dan sensitivitas material.

2 Kebutuhan yang semakin meningkat seiring dengan makin banyaknya aplikasi di bidang industri dalam beberapa tahun terakhir ini. Kebutuhan yang semakin meningkat ini belum mampu dipenuhi oleh negara Indonesia yang selama ini masih mengimpor dari dari beberapa negara seperti, Amerika, Australia, Jepang, dan beberapa negara Eropa. Hal ini tentu saja mengakibatkan harga menjadi sangat mahal bila dibandingkan dengan membuatnya sendiri di dalam negri. Terlebih lagi pasar di dalam negri terus meningkat, yang didasarkan pada banyaknya industri di Indonesia serta besarnya jumlah penduduk Indonesia. Kondisi ini mendorong perlunya membuat di Indonesia dengan menggunakan peralatan casting yang di rancang sendiri di Indonesia. Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari proses pembuatan datar dengan menggunakan mesin casting dan mempelajari pengaruh konsentrasi polimer, waktu evaporasi, dan temperatur bak koagulasi terhadap pembentukan. Penelitian ini dimulai dengan merancang peralatan mesin casting, kemudian membuat peralatan tersebut sehingga dapat digunakan untuk membuat datar. Larutan yang digunakan untuk membuat datar ini menggunakan polimer, polietilen glikol 600, dan pelarut dimetil asetamida. Untuk optimasi parameter proses untuk keperluan perancangan, maka larutan polimer yang dibuat ini cetak diatas non-woven poliester secara manual. Parameter proses yang divariasikan pada pembuatan ini adalah waktu evaporasi (air gap) dan konsentrasi polimer. Mambran datar yang terbentuk kemudian dikarakterisasi dengan metode permeabilitas untuk mengetahui produktivitas dan uji rejeksi polietilen glikol untuk mengetahui molecular weight cut off (MWCO). 2. TEORI DASAR Kata berasal dari bahasa latin a yang berarti potongan kain. Saai ini istilah e didifinisikan sebagai lapisan tipis (film) yang fleksibel, pembatas antara dua fasa yang bersifat semipermeabel. Membran dapat berupa padatan maupun cairan, dan berfungsi sebagi media pemisah yang selektif berdasarkan perbedaan koefisien difusivitas, muatan listrik, atau perbedaan kelarutan. Motode pembuatan yang digunakan pada penelitian ini adalah metode inversi fasa yang mencakup teknik presipitasi imersi. Inversi fasa adalah suatu proses pengubahan bentuk polimer dari fasa cair menjadi padatan dengan kondisi terkendali. Proses pemadatan ini diawali dengan transisi dari fasa cair satu ke fasa cairan (liquid-liquid demixing). Pada tahap tertentu selama proses demixing, salah satu fasa cair (fasa polimer konsentrasi tinggi) akan memadat sehingga terbentuk matriks padat. Pengendalian tahap awal transisi fasa akan menentukan morfologi yang dihasilkan. Membran komersial yang tersedia biasanyan dibuat melalui teknik presipitasi imersi. Larutan polimer dicetak pada suatu penyangga, kemudian dicelupkan kedalam bak koagulasi yang mengandung non-pelarut. Struktur ditentukan oleh kombinasi perpindahan massa dan pemisahan fasa. Semua proses inversi fasa didasari oleh prinsip termodinamika yang sama. Secara garis besar prosedur pembuatan asimetrik adalah sebagai berikut: 1. Melarutkan polimer dalam pelarut yang sesuai untuk membentuk larutan catak (dope) dengan komposisi polimer dan pelarut tertentu. 2. Pencetakan film dengan ketebalan tertentu dari dope yang telah di buat, diikuti dengan penguapan pelarut (evaporasi) dalam rentang waktu tertentu. 3. Proses presipitasi dengan mengendapkan cetakan film ke dalam bak koagulasi yang berisi nonpelarut. Selama proses presipitasi, larutan polimer yang homogen akan membentuk lapisan padat yang terdiri atas dua bagian lapisan yaitu, struktur rapat tak berpori yang membentuk lapisan dense pada permukaan dan struktur berpori yang membentuk lapisan pendukung di bagian baawah. Hal ini yang membentuk struktur asimetrik. 4. PERCOBAAN Langkah-langkah percobaan yang dilakukan pada penelitian ini meliputi beberapa tahap meliputi : a. Merancang peralatan casting. b. Mengoptimasikan variasi percobaan yang meliputi pengaruh konsentrasi polimer dan waktu evaporasi dengan menggunakan palat kaca. 2

3 c. Melakukan karakterisasi terhadap yang dihasilkan yang meliputi uji permeabilitas dan uji rejeksi. Bahan yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari polimer e, pelarut dimetil asetamida, dan polietilen glikol sebagai aditif. Air digunakan sebagai koagulan. 4. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Rancangan Alat Hasil Penelitian Gambar rancangan peralatan casting ditunjukkan oleh gambar 1 di bawah ini. Gambar 1 Rancangan Peralatan Casting 4.2 Pengaruh Konsentrasi Polimer Pada penelitian ini, konsentrasi divariasikan pada 17,, dan 23 %b. Hasil penelitian menunjukkan hasil sebagai berikut : Tabel 1 Pengaruh konsentrasi polimer dalam larutan polimer terhadap permeabilitas %-b %-b 23 %-b 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 Konsentarasi Polisulfon ( %-b ) 17 %-b %-b 23 %-b Luas TMP Fluks Permeabilitas , , , , , ,217 Gambar 2 Kurva hubungan antara fluks air terhadap tekanan pada yang dibuat pada konsentrasi polimer 17, 21, 24 %-b. 4.3 Pengaruh Waktu Evaporasi Pada penelitian ini waktu evaporasi di udara diatur selama 10,, dan 30 detik. Hasil penelitian menunjukkan hasil sebagai berikut : 3

4 140 1 Tabel 2 Pengaruh waktu evaporasi terhadap permeabilitas Waktu evaporasi 10s Waktu evaporasi s Waktu evaporasi 30s 0,48 0,5 0,52 0,54 0,56 0,58 0,6 0,62 Gambar 3 Kurva hubungan fluks air dan tekanan pada yang dibuat pada variasi waktu evaporasi 10, Waktu evaporasi ( detik ) Luas TMP Fluks Permeabilitas , , , , , ,783, 30 detik 4.4 Pengaruh Temperatur Bak Koagulasi Temperatur bak koagulasi pada penelitian ini divariasikan pada 26 o C, 35 o C, dan 55 o C. Hasil penelitian menunjukkan hasil sebagi berikut: 180,00 160,00 140,00 Temperatur 26 oc 1,00 Temperatur 35 oc 100,00 Temperatur 55 oc 80,00 60,00 40,00,00 0,00 0,48 0,5 0,52 0,54 0,56 0,58 0,6 0,62 Tabel 3 Pengaruh temperatur bak koagulasi terhadap permeabilitas Temperatur Luas TMP Fluks Permeabilitas ( o C ) , 80, ,31 93, ,03 112, ,16 145, ,63 241, ,50 264,17 Gambar 4 Kurva hubungan fluks air dan tekanan pada yang dibuat pada variasi temperatur bak koagulasi 26 o C, 35 o C, 55 o C. 5. KESIMPULAN Berdasarkan hasil penelitian yang telah diperoleh maka dapat diambil kesimpulan sebagai berikut : 1. Peningkatan konsentrasi polimer dalam larutan polimer pada proses casting akan menyebabkan penurunan permeabilitas pada yang terbentuk. 2. Waktu eavporasi di udara yang semakin lama akan menurunkan permeabilitas yang terbentuk. 3. Temperatur bak koagulasi yang makin tinggi akan mengakibatkan permeabilitas yang makin tinggi pula. 4. Parameter konsentrasi polimer, waktu evaporasi, dan temperatur bak koagulasi akan mempengaruhi yang dihasilkan oleh peralatan casting. 4

5 UCAPAN TERIMA KASIH Pada kesempatan ini kami ingin mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah banyak membantu dalam penyelesaian laporan penelitian ini, terutama kepada: 1. Dr. Ir. I Gede Wenten, selaku dosen pembimbing yang telah banyak memberikan bimbingan dan pengarahan. 2. Dr. Ir. IDG Arsa Putrawan, selaku koordinator mata kuliah TK-470 Penelitian. 3. Orang tua serta saudara-saudara kami. 4. Rekan-rekan laboratorium Proses Hilir PPAU Bioteknologi ITB 5. Karyawan di Departemen Teknik Kimia ITB atas bantuannya selama penelitian ini berjalan. 6. Teman-teman angkatan 97 di Departemen Teknik Kimia ITB. DAFTAR PUSTAKA 1. Gimenes. Antonio, Membranes Procesess and Applications, Universidadde Valladolid, Los Autores, Mulder. Marcel, Basic Principle of Membrane Technology, Second Edition, University of Twente, Enschede, The Nederlans, Parekh. Bipin, Reverse Osmosis Technology, Application of High Purity Water Product, Marcel Dekker Ins, New York, S. Sourirajan, Reverse Osmosis Technic, Teory, and Applications, Academic Press New York, Sourirajan. S, Matsuura. Takhesi, Reverse Osmosis/ Ultrafiltration Process Principles, National Reaserch Council, Canada, Wenten. I G, Teknologi Membran Industrial, ITB, Bandung. 7. Sirkar dan Winston, Membrane Handbook, Van Nostrand Reinhold, New York,! Baker, Et Al, Membrane Separation System, Noyes Data Corporation, New Jersey, Burn and Roe Industrial Service Corporation, Reverse Osmosis Technical Manual, New Jersey, Hidranautics, High Performance Membrane Product, USA, GKSS, 1 st Workshop on Membrane Formation, September 6, GKSS Forcchungs ZentrumGeesth Acht Gmbb. 12. Wolfang. P, Axel. W, Synthetic Membranes Preparations, Structur, and Applications, eighth Book. 13. Robert E. Kesting and Irvine, 1985, Synthetic Polymeric Membranes,2 nd Edition,John Wiley & Sons Ltd. 14. Mark C. Porter, 1990, Handbook of Industrial Membrane Technology,Noyes Publication, Park Ridge, New Jersey. 15. Keith Scott, 1995, Handbook of Industial es, 1 st edition, Elsevier Advanced Technology 5