PERMEASI GAS

Membran yang dapat digunakan untuk pemisahan gas ada 2 tipe yaitu membran berpori (porous membrane) dan membran tidak berpori (non-porous membrane) (Mulder, 1996 dan Pabby et al, 2009).

Gambar 2.4 Skema Permeasi Gas menggunakan Membran (Scholes et al, 2008)

1.       Permeasi gas pada membran berpori (porous membrane)

Mekanisme perpindahan yang dapat terjadi pada permeasi gas di sepanjang membran berpori, antara lain :

a.       Poiseulle / viscous flow

Ketika gas berpindah di dalam membran secara viscous flow (contoh pada mikrofiltrasi), perpindahan yang terjadi tergantung pada ukuran pori membran dan mean free path of gas molecule. Persamaan mean free path of gas molecule yaitu :

Dimana :

R_{O        ­}            = konstanta gas ideal (0,082 liter.atm/mol.K)

T                      = temperatur (K)

p                      = tekanan (atm)

N                     = konstanta avogadro (6,022 x 10²³ partikel / mol)

d_m                    = diameter molekul  (dm)

b.      Knudsen diffusion

Mekanisme perpindahan jenis ini sama dengan viscous flow. Akan tetapi, penurunan diameter pori membran, maka mean free path of gas molecule bisa menjadi lebih besar daripada diameter pori. Mekanisme ini tergantung pada rasio akar kuadrat dari berat molekul penetran. Hal ini menunjukkan bahwa mekanisme ini dapat menghasilkan pemisahan yang tinggi apabila operasi terjadi secara cascade.

Mekanisme jenis ini biasanya digunakan untuk pemisahan gas. Menurut Pabby et al (2009), knudsen diffusion terjadi pada membran anorganik microporous atau disepanjang pori kecil dalam membran polimer dense atau pada mixed matrix membrane. Mekanisme ini terjadi pada d_p > 20, sehingga persamaan koefisien knudsen diffusion menjadi :

 

Dimana:

d_P                    = diameter pori (m)

v_A                     = rata-rata laju molekul (m/s)

M_A                   = berat molekul gas (gram/mol)

T                      = temperatur (K)

c.       Sieving action

Mekanisme ini sering digunakan pada proses adsorpsi dan reaksi. Contoh mekanisme ini yaitu penggunaan zeolit dimana selektivitas berhubungan dengan ukuran molekul gas. Menurut Pabby et al (2009), mekanisme ini terjadi pada d_P = 3 – 5.

d.      Surface diffusion

Mekanisme ini disebabkan oleh absorpsi/adsorpsi (sorpsi) gas di dalam permukaan membran serta difusi gas yang terabsorpsi/teradsorpsi (sorbed) disepanjang pori membran. Mekanisme ini biasanya untuk pemisahan gas. Mekanisme ini tergantung pada sifat kimia gas dan permukaan membran.

·                Permeasi gas pada membran tidak berpori (non-porous membrane)

Mekanisme perpindahan yang biasa terjadi pada permeasi gas di sepanjang membran tidak berpori (non-porous membrane) yaitu mekanisme solution-diffusion. Menurut Pabby et al (2009), mekanisme ini terjadi pada dense polymer membrane. Permeabilitas tergantung pada sifat fisika gas yang akan dipisahkan dan kestabilan polimer (glassy atau rubbery).

Tabel 2.3 Permeabilitas (P) dan selektivitas (α) gas CO₂/CH₄

(Pabby et al, 2009)

Polimer	T(oC)	PCO2 (Barrer)	αCO2/CH4
PDMS (silicon Rubber)	35	4550	3,37
PC (Polycarbonate)	35	6,5	23,2

Keterangan : 1Barrer = 1 × 10^-10 cm³ (STP)-cm/cm² s cmHg.

Gambar  Mekanisme Permeasi Gas pada Membran (Scholes et al, 2008)