Teknologi membran telah menjadi topik hangat dalam beberapa tahun terakhir ini. Hal itu mungkin dipicu fakta bahwa pemisahan dengan membran memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki metode-metode pemisahan lainnya. Keunggulan tersebut yaitu pemisahan dengan membran tidak membutuhkan zat kimia tambahan dan juga kebutuhan energinya sangat minimum. Membran dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya molekul-molekul dengan ukuran tertentu saja yang bisa melewati membran sedangkan sisanya akan tertahan di permukaan membran. Selain keunggulan-keunggulan yang telah disebutkan, teknologi membran ini sederhana, praktis, dan mudah dilakukan.
Dewasa ini, banyak membran dapat dioperasikan pada tekanan rendah sehingga memungkinkan dioprerasikan di rumah tinggal, tempat pengungsian, bahkan dapat digerakkan dengan genset berskala kecil. Selain itu, kemajuan dalam bidang material membran juga memungkinkan proses pemisahan menggunakan membran dapat dilakukan dengan lebih ekonomis.
Membran merupakan alat pemisah yang memisahkan dua fase sebagai transportasi pembatas selektivitas berbagai campuran kimia. Campuran tersebut dapat bersifat homogen atau heterogen, berstruktur simetrik atau asimetrik, padatan atau cairan, memiliki muatan positif atau negatif, dan bersifat polar atau netral. 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. Membran mempunyai ketebalan yang bervariasi dari 100m sampai beberapa milimeter (Pabby dkk., 2009).
Diantara banyak material, aromatik polyimide termasuk dalam kelas polimer yang memiliki peforma tigggi; kestabilan panas yang tinggi, temperature transisi glass yang tinggi dan memiliki konstanta dielektrik yang relative rendah. Polyimide telah menarik banyak perhatian sebagai membrane pemisah karena ketahanan mereka terhadap zat kimia dan panas. Sejauh ini polyimide membrane secara luas digunakan untuk pemisahan gas, yang dipertimbangkan sebagai pendekatan praktis untuk pemisahan gas rumah kaca dari limbah gas industrial.
B. Tinjauan Pustaka
i. Hollow Fiber Membran
• Definisi Hollow Fiber
Hollow Fiber Membran (HFM) adalah membran yang dapat berfungsi untuk mentransfer gas dan uap hidrofobik (misalnya volatile dan semivolatile organik senyawa) antara dua cairan, biasanya gas (udara) dan air (cair).
Membran yang sering digunakan dalam industri adalah membran asimetrik.
• Keuntungan dan Kerugian Hollow Fiber
Hollow Fiber adalah salah satu membran yang paling populer digunakan dalam industri. Hal ini karena beberapa fitur yang bermanfaat yang membuatnya menarik bagi industri tersebut. Diantaranya adalah:
Kebutuhan energi: Dalam proses filtrasi tidak ada perubahan tahap involed. Akibatnya, tidak perlu panas laten. Hal ini membuat membran hollow fiber memiliki potensi untuk mengganti beberapa unit operasi yang mengkonsumsi panas, seperti kolom penyulingan atau penguapan.
Tidak ada produk limbah: Sejak pokok dasar hollow fiber adalah filtrasi, tidak menimbulkan limbah dari operasi kecuali komponen yang tidak diinginkan dalam aliran umpan. Hal ini dapat membantu untuk mengurangi biaya operasi untuk menangani sampah.
permukaan besar per satuan volume: serat Hollow memiliki permukaan membran volume besar per modul. Oleh karena itu, ukuran serat berongga lebih kecil dibandingkan jenis lainnya membran tetapi dapat memberikan kinerja yang lebih tinggi.
Fleksibel: serat Hollow adalah membran yang fleksibel, dapat melakukan penyaringan dengan 2 cara, baik adalah "inside-out" atau "luar-dalam".
Rendah biaya operasi: serat berongga membutuhkan biaya operasi rendah dibandingkan dengan jenis lain unit operasi.
Namun, juga memiliki beberapa kelemahan yang menyebabkan kendala penerapannya. Di antara kelemahan adalah:
fouling membran: fouling Membran serat berongga lebih sering daripada membran lain karena merupakan konfigurasi. pakan terkontaminasi akan meningkatkan laju fouling membran, esapecially untuk serat berongga.
Mahal: Hollow Fiber lebih mahal daripada membran lain yang tersedia di pasar. Hal ini karena metode fabrikasi dan beban lebih tinggi dari membran lainnya.
Kurangnya penelitian: serat Hollow adalah tachnology baru dan sejauh ini, penelitian yang dilakukan di atasnya adalah lebih kecil dibanding jenis lain membran. Oleh karena itu, penelitian lebih lanjut akan dilakukan di masa depan karena potensinya.
Gambar 1. Membran Hollow Fiber Asimetrik
• Aplikasi Membran Hollow Fiber Asimetrik
Asimetrik Hollow Fiber Membran dapat di aplikasikan untuk Pemisahan CO 2 dari Hidrokarbon dan Fluorocarbons. Pemisahan karbondioksida bertekanan tinggi dari fluorocarbons merupakan hal yang penting dalam produksi fluoropolymers seperti poli (tetrafluoroetilena). Membran polimer khas plasticize di bawah tekanan tinggi kondisi parsial CO 2 . Berdasarkan kinerja yang diukur pemisahan CO 2 / C 2 H 2 F 2 dan CO 2 / C 2 H 4 campuran, selektivitas CO 2 / C 2 F 4 campuran lebih besar dari 100. stabilitas jangka-panjang studi menunjukkan bahwa membran memberikan pemisahan stabil selama 5 hari pada 1250 psi tekanan parsial CO 2, sehingga membuat pendekatan membran menarik.
ii. Polyimide
Polyimides Aromatik biasanya digunakan untuk aplikasi pada suhu tinggi, karena bahan tersebut dapat mempertahankan kekuatan tinggi dalam penggunaan yang kontinyu pada temperature diatas 300° C untuk periode singkat. Continous film, foil, lembaran, kain dan atau laminasi terutama sangat diinginkan untuk digunakan pada isolasi listrik temperature tinggi karena stabilitas thermal dan ketahanan dari resin. Sedangkan substrat resin imida dapat digunakan untuk papan sirkuit tahan api, radomes, dll, penggunaan yang paling besar yaitu dalam pembuatan film tipis untuk membungkus motor listrik atau sejenisnya, dimana bahan-bahan ini dapat menahan suhu tinggi jangka panjang tanpa kehilangan mekanik atau sifat listrik. Polyimides termoset sangat berharga sebagai film, dengan leburan-ring gugus aromatik memberikan kontribusi stabilitas termal yang tinggi. Kekuatan tarik tinggi pada rentang suhu yang lebar, stabilitas dimensi, ketahanan aus, kekuatan dielektrik yang tinggi, ketahanan kimia, dan ketahanan radiasi sifat yang diinginkan untuk menggunakan banyak dari polyimides. Polimida film, seperti "Kapton", telah ditemukan digunakan dalam motor listrik kompak, di mana kekuatan dielektrik tinggi, dan ketangguhan yang penting, dan juga di isolasi untuk kabel pesawat dan rudal, dll Pada pembungkus film isolasi, fleksibilitas dan perpanjangan dari film penting untuk mengizinkan Polimida untuk sesuai dengan bentuk substrat. Film yang dibuat oleh casting dapat solusi berorientasi setelah melepas setidaknya sebagian dari pelarut, seperti dengan penguapan dari film. Orientasi molekul dapat dilakukan dengan meregangkan film dalam orientasi arah mesin (MDO) dan / atau melintang arah orientasi (KPP) pada suhu orientasi. Khas film-film sebelumnya yang dibuat oleh proses ini dapat memiliki 10% sampai 25% elongasi sebelum putus di bawah tekanan tarik.
C. Pembuatan asimetris Hollow Fiber membran dari Polyimide
Membran Hollow fiber Polyimide dapat dibuat dengan kondensasi polimerisasi dari biphenyltetracarboxylic dianhydride dan aromatic diamines. Rumus kimianya adalah :
Gambar 1. Ar menunjukkan aromatic radical dwivalensi
Penambahan solvent dan nonsolvent dibutuhkan dalam pembuatan larutan dope polyimide.Pada pembuatan larutan dope, solvent yang biasa digunakan adalah solvent polar aprotic organic, misalnya dimethylformamide sedangkan nonsolvent yang digunakan adalah air.
Solvent ;
Satu atau lebih N-alkyl-2-pyrrolidones dengan berat molekul rendah, pyridines, sulfoxides, sulfones, N,N-dialkyl-carboxamides (sumber jurnal :Hungerford, Gordon P. (Palmyra, NY). United States Patent 4405550.)
N,N’-Dimethylacetamide (DMAc) (Sumber Jurnal :Jin Li Zhang, et all. International Journal.)
Larutan dope kemudian dipanaskan sesuai suhu yang ditentukan. Larutan dope yang terdiri dari Resin dan Solvent dapat di extrusi pada temperature tertentu tergantung pada konsentrasi dan tekanan, namun temperature sekitar 50oC- 100o C memberikan hasil yang paling baik (H Hungerford & Gordon. 1983).
Lapisan dense berfungsi untuk memisahkan campuran gas dan di design dengan bentuk ultratipis supaya mendapatkan kecepatan perembesan praktis. Microporous yang mensupport membrane hanya memperkuat permukaan dense layer dan tidak mempengaruhi pemisahan gas. Proses spinning akan menentukan jenis membrane yang akan dihasilkan, misalnya untuk membentuk asimetris membran digunakan wet spinneret, dan apabila diinginkan membrane yang memiliki lapisan dense yang lebih tebal dapat digunakan melt, atau dry method.
a) Metode Melt Spinning
Melt Spinning adalah salah satu metode terpilih yang sering digunakan dalam fabrikasi hollow fiber-polymeric membran. Polimer dilelehkan dan dipompa melalui spinneret (die) dengan sejumlah lubang (antara 1-1000). Lelehan fiber kemudian didinginkan, dipadatkan, dan dikumpulkan di roda penerima. Stretching fiber dalam bentuk lelehan atau solid memberikan orientasi kepada rantai polimer sepanjang poros polimer.
b) Metode Dry Spinning
Pada metode dry spinning, daripada mengendapkan polymer dengan dilusi atau reaksi kimia, pengerasan diperoleh dengan evaporasi solvent dalam aliran udara atau gas inert pada suhu berkisar antara 100oC – 300oC.
Filament membran tidak terkontak langsung dengan cairan pengendap, menghilangkan kebutuhan pengeringan dan recovery solvent.
c) Metode Wet Spinning (Dry-Wet spinning)
Wet spinning adalah proses tertua dalam pembuatan hollow fiber membrane. Spinneret direndam dalam bak yang berisi non solvent (air / bahan kimia) dan saat filament muncul mereka mengendap dan mengeras.
Karena cairan di extrusi secara langsung ke dalam cairan pengendap, proses ini disebut wet spinning. Langkah kerjanya adalah sebagai berikut :
1. Larutan Dope di extrusi ke dalam spinneret, dimana posisi larutan dope adalah di lingkar luar, sedang di tengahnya adalah “Core liquid”.
2. Hasil extrusi diarahkan ke bak koagulan (dimana, selama mengarah ke bak, membran mengalami fase dry), setelah itu dimasukkan dalam bak air murni untuk pencucian
3. Setelah itu dilakukan make up ; grafting, coating, dan pemberian muatan
4. Sebagai finishing dilakukan pengeringan dan pemotongan
DAFTAR PUSTAKA
Hungerford, Gordon P. (Palmyra, NY) . 1983. Manufacture of polyimide film by solvent casting . URL : http://www.freepatentsonline.com/4405550.html
Steven Moor. 2004. “Hollow Fibers Membrane”.Pengertian dan Klasifikasi Membran. URL: http://belajarkimia.info/pengertian-dan-klasifikasi-membran.html. Diakses pada : 8-5-2011
Spectrum Laboratories, Inc. Hollow Fiber Filtration Membrane. URL: http://www.jmbioconne ct.com/pdf/spectrum_docu_Summary%20Validation%20Guide.pdf.Diakses pada: 10-5-2011
Teknologi Membran Industrial. URL : http://www.iatmi-cirebon.org/ver.2/control/Materi/Preparation. pdf . Diakses pada : 19-5-2011
UBE America,Inc. Separation Membranes. URL : http://www.ube.com?content.php?pageid=135
Yousef Alayan. Wet Spinning for cellulose triacetate to make hollow fiber membrane. URL : http://academic.sun.ac.za
Ziabicki, Fundamentals of Fiber Formation, Wiley, New York (1976). ISBN 0471982202
Tidak ada komentar:
Posting Komentar