TEKNOLOGI MEMBRAN

PENGERTIAN MEMBRAN

Membran merupakan alat pemisah berupa penghalang yang bersifat selektif yang dapat memisahkan dua fase dari berbagai campuran. Campuran tersebut dapat bersifat homogen atau heterogen dan dapat berupa padatan, cairan atau gas. Transportasi pada membran terjadi karena adanya driving force yang dapat berupa konveksi atau difusi dari masing-masing molekul, adanya tarik menarik antar muatan komponen atau konsentrasi larutan, dan perbedaan suhu atau tekanan (Pabby et al, 2009).

KLASIFIKASI MEMBRAN

          Berdasarkan ukuran pori, membran dapat dibedakan dibagi menjadi 2 yaitu:

1.         Membran berpori (porous membrane)

       Prinsip pemisahan membran berpori didasarkan pada perbedaan ukuran partikel dengan ukuran pori membran. Membran jenis ini biasanya digunakan untuk proses mikrofiltrasi  (melewatkan air, menahan mikroba) dan ultrafiltrasi (melewatkan air menahan garam mineral).

2.         Membran non pori (non-porous membrane)

       Prinsip pemisahannya didasarkan pada perbedaan kelarutan dan kemampuan berdifusi. Membran dengan jenis ini digunakan untuk proses permeasi gas, pervaporasi dan dialisis.

Sedangkan berdasarkan strukturnya, membran dapat dibedakan menjadi membran simetrik dan membran asimetrik (Mulder, 1996).

MATERIAL MEMBRAN

          Material membran dapat diklasifikasikan menjadi 3 antara lain :

1.         Organik (Polimer)

Contoh material : polycarbonate, polyamide, polysulfone, dll. Jenis polimer yang dapat dijadikan sebagai material membran yaitu :

·      Membran berpori (porous membrane)

     Digunakan untuk aplikasi mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi.

·      Membran tidak berpori (non-porous membrane)

     Digunakan untuk aplikasi permeasi gas, uap dan pervaporasi. 

2.         Anorganik

Tipe material anorganik membran ada 4 yaitu :

·      Membran keramik

merupakan kombinasi dari logam (alumunium, titanium, silicium atau zirconium) dan non-logam (oxide, nitride atau carbide).

· membran gelas / kaca

          berupa silikon oksida / silika (SiO₂)

·      membran logam (termasuk karbon)

·      membran zeolit

3.         Biologi

Merupakan material membran yang berasal dari mahkluk hidup misalnya lipida (phospholipid). Struktur membran dari material ini sangat kompleks. Tiap molekul lipid terdapat bagian yang hidrofilik dan hidrofobik (Mulder, 1996).

TEORI PEMISAHAN DENGAN MEMBRAN

Pemisahan dengan membran dilakukan dengan mengalirkan feed ke dalam membran kemudian akan terpisah sesuai driving force yang digunakan. Proses pemisahan dengan membran menghasilkan dua aliran yaitu permeate dan retentate. Permeate merupakan hasil pemisahan yang diinginkan sedangkan retentate merupakan hasil sisa (Pabby et al, 2009).

 

Gambar 2.2 Skema Pemisahan menggunakan Membran (Pabby et al, 2009)

KINERJA INSTALASI MEMBRAN

Driving force pada pemisahan menggunakan membran ada 4 macam. Kinerja (performance) instalasi membran tergantung pada jenis driving force yang digunakan (Mulder, 1996). Macam – macam aplikasi pemisahan dengan membran berdasarkan driving force dan kinerja instalasinya antara lain:

       1.       Driving force gradien tekanan (∆P)

     Aplikasi penggunaan antara lain : mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, reverse osmosis. Kinerja instalasi membran berupa fluks (J) dan rejeksi (R) dapat dihitung dengan persamaan berikut :

 

                            Dimana :  

                    Jv  = volume fluks (liter/m²_.sec)

                   Q_P  = laju alir permeate (liter/sec)

                                  A_m = luas permukaan membran (m²) 

                                  R   = rejeksi / retensi (span = 0–1)

                                 C_P  = konsentrasi permeate

                                 C_F  = konsentrasi umpan

Besarnya fluks dihitung dari besarnya laju alir yang melewati setiap luas permukaan membran. Semakin besar laju alir permeate dan semakin kecil luas permukaan membran maka fluks yang dihasilkan semakin besar. Rejeksi merupakan ukuran perbandingan konsentrasi permeate dan retentate yang berhasil dipisahkan.

2.       Driving force gradien Konsentrasi (∆C)

              Aplikasi penggunaan : pervaporasi, permeasi gas, permeasi uap, dialisis, dialisis – difusi. 
              Selektivitas  (α) pada pemisahan campuran gas dapat dihitung dengan persamaan berikut 
              (Cao et al, 2002) :

dimana, A dan B merupakan komponen - komponen yang terdapat pada campuran yang akan dipisahkan dan x dan y merupakan fraksi mol umpan dan permeate. Sedangkan selektivitas dan permeabilitas pada pemisahan gas murni dapat dihitung dengan persamaan :

 

3.       Driving force gradien Temperatur (∆T)

Aplikasi penggunaan: thermo-osmosis, distilasi membran. Kinerja instalasi berupa fluks (J) dan selektivitas (α).

4.       Driving force gradien Potensial Listrik (∆E)

Aplikasi penggunaan : elektrodialisis, elektro-osmosis, membran-elektrolisis. Kinerja instalasi berupa fluks (J) dan selektivitas (α).