Pemisahan Dengan Membran Oleh : Listyorini

PEMISAHAN DENGAN MEMBRAN

Oleh : Listyorini

A.    Pendahuluan

Teknologi membran telah tumbuh dan berkembang secara dinamis sejak pertama kali dikomersilkan Sartorius-Werke di Jerman pada tahun 1927, khususnya untuk membran mikrofiltrasi. Pengembangan dan aplikasi teknologi ini semakin beragam dan penemuan-penemuan baru pun semakin banyak dipublikasikan. Teknologi membran pada akhirnya menjadi salah satu teknologi alternatif yang paling kompetitif saat ini dan telah memberikan beragam solusi bagi umat manusia dalam pemenuhan kebutuhan sehari-hari. 

Proses mikrofiltrasi merupakan salah satu proses berbasis membran yang berkembang sangat pesat di awal perkembangan teknologi membran. Pertumbuhan dan perkembangannya pada tahun-tahun terakhir hanya mampu disaingi oleh reverse osmosis, akibat adanya permintaan yang sangat besar terutama untuk aplikasi proses desalinasi. 

Secara umum. mikro filtrasi diaplikasikan dalam proses pemisahan unsur-unsur partikulat dari larutannya. Aplikasi proses mikrofiltrasi diantaranya adalah untuk proses sterilisasi obat-obatan dan produksi minuman, klarifikasi ekstrak  juice, pemrosesan air ultramurni pada industri semi konduktor, metal recovery, dan sebagainya.

B.     Membran Mikro Filtrasi

Proses mikrofiltrasi merupakan proses  pemisahan unsur-unsur partikulat dari dalam larutannya. Proses ini berlangsung dan difasilitasi oleh membran mikrofiltrasi. Membran mikrofiltrasi dapat memiliki baik struktur simetrik maupun asimetrik, dengan rentang ukuran diameter pori antara 0,02-10 µm, sehingga akan sangat efektif daam pemusahan baik padatan tersuspensi maupun emulasi.   Penggolongan proses-proses membran pada saat ini sangat luas. Gambar 1 memperlihatkan rentang proses yang digunakan, dan memperlihatkan ukuran partikel yang biasa dipisahkan oleh membran dan driving  force yang digunakan.

Membran mikrofiltrasi dapat dibedakan dari membran  reverse osmosis  dan ultrafiltrasi berdasarkan ukuran partikel yang dapat dipisahkannya,  seperti tersaji pada gambar 2. Pada membran mikrofiltrasi, garam tidak dapat direjeksi membran. Proses filtrasi dapat dilaksanakan pada tekanan relatif rendah yaitu di bawah 2 bar. Membran mikrofiltrasi dapat dibuat dari berbagai macam material baik organik maupun anorganik. Membran anorganik banyak digunakan untuk membuat membran mikrofiltrasi antara lain  sintering, track etching, stretching,  dan inversi fasa. Tabel 1 menyajikan pengaruh metoda preparasi terhadap porositas dan distribusi ukuran pori.

Tabel 1 Porositas dan distribusi ukuran pori  membran

Proses		porositas		Distribusi ukuran pori
Sintering Stretching Track-etching Phase inversion		rendah/sedang sedang/tinggi rendah tinggi		sempit/luas sempit/luas sempit sempit/luas

Membaran mikrofiltrasi memiliki ukuran pori antara 0,02 sampai 10 µm dan tebal antara 10 sampai 150 µm. Mikrofiltrasi digunakan pada berbagai macam aplikasi di industri, terutama untuk pemisahan partikel berukuran lebih dari 0,1 µm dari larutannya.Membran ini dapat menahan koloid, mikroorganisme, dan padatan tersuspensi. Mikrofiltrasi juga dapat menahan bahan-bahan yang ukurannya lebih kecil daripada ratarata ukuran pori karena penahan adsorptif. Salah satu aplikasi utamanya di industri adalah sterilisasi dan klarifikasi pada industri  makanan dan obat-obatan, pemanenan sel, klarifikasi juice, recovery logam dalam bentuk kolid, pengolahan limbah cair, fermentasi kontinue, ataupun pemisahan emulsi minyak-air. Mikrofiltrasi juga dapat digunakan untuk memisahkan partikel selama proses pembuatan air ultramurni pada industri semi konduktor. Aplikasi terbaru adalah di bidang bioteknologi, yaitu pengambilan sel dan bioreaktor membran, serta teknologi biomedik yaitu pemisahan plasma dari sel darah.

Membran mikrofiltrasi biasanya beroperasi pada tekanan 0,5-5 atmosfer, dan membran yang digunakan pada umumnya berstruktur simetrik.

C.    Proses Perpindahan pada Membran Mikrofiltrasi

Proses mikrofiltrasi menggunakan membran berpori. Membran ini terdiri dari matriks polimer dimana terdapat pori yang berukuran 0,02 µm sampai 10 µm. Membran memiliki berbagai macam geometri pori. Pada gambar 3 disajikan beberapa karakteristik struktur yang ada. Membran ultrafiltrasi umumnya mempunyai struktur asimetrik dan tahanan perpinsahan ditentukan oleh lapisan atas yang berpori, sedangkan membran mikrofiltrasi mempunyai dtruktur seperti  gambar 3 dimana tahanan perpindahan ditentukan oleh ketebalan membran keseluruhan.

 

Gambar 2 Proses pada membran (mikro/ultrafiltrasi dan reverse osmosis)

Perbedaan geometeri pori akan mengakibatkan penggunaan model yang berbeda untuk menggambarkan proses perpindahan yang terjadi. Model perpindahan bermanfaat dalam penentuan parameter struktur dan bagaimana parameter spesifik tersebut dapat divariasikan sehingga kinerja membran dapat meningkat. 

 Fluks volume yang melalui membran dapat diprediksi menggunakan persamaan Hagen-Poisseuille dengan mengasumsikan bahwa pori-pori membran berbentuk silinder, memiliki jari-jari yang sama, dan panjang pori yang sama dengan tebal membran. 

Persamaan tersebut adalah sebagai berikut:

Persamaan ini memperlihatkan bahwa fluks sebanding dengan beda tekan (∆P) sepanjang membran yang memiliki ketebalan (∆x) dan berbanding terbalik dengan viskositas η. ε adalah porositas permukaan dan τ adalah tortuosity.

Gambar 3 Karakteristik geometri membran pada membran berpori

Persamaan Hagen-Poiseuille memperlihatkan dengan jelas pengaruh struktur membran terhadap proses perpindahan. Untuk membran dengan struktur pori berbentuk bola terjejal rapat, persamaan Kozeny-Carman dapat digunakan untuk memprediksi besarnya fluks. Persamaan Kozeny-Carman adalah sebagai berikut:

dimana  ε adalah fraksi volume pori, S adalah luas permukaan internal dan K adalah konstanta Kozeny Carman yang bergantung pada bentuk pori dan τ tortuosity. Membran inversi fasa biasanya memiliki struktur sponse. Fluks pada membran ini dapat diprediksi menggunakan persamaan Hagen-Poiseuille atau Kozeny Carman, walaupun morfologi membran berbeda. Untuk penjelasan lebih detail, dapat merujuk pada beberapa literatur tentang membran.

D.    Rancangan Percobaan

Alat :

1. Set peralatan praktikum modul Pemisahan dengan Membran

2. Pompa peristaltik

3. Gelas kimia berjaket

4. Pressure gauge

5. Gelas kimia

6. Labu erlenmeyer 500 mL

7. pH meter

8. bak sirkulasi

Bahan/ Zat Kimia

1. BSA (protein)

2. NaHPO4

3. Na2 PO4

4. H2 SO4

5. NaOH

Prosedur pengoperasian membran ( pencucian membran )

1.      pastikan tangki berisi cairan untuk mencucian

2.      siapkan tempat penampung permeat dan retentat, serta alat pendukung lainnya

3.     pastikan regulator  valve  1 dan 3 terbuka, sedangkan regulator  valve  2 dan 4 tertutup seluruhnya, sebelum pompa dinyalakan

               4.      tekan tombol on-off pompa dan pastikan pada kondisi pompa on

5.     atur laju alir umpan dengan cara memutar tombol speed control imulasikan pencucian mulai dari flowrate rendah sampai flowrate paling tinggi

6.     setelah beberapa menit, secara perlahan-lahan mulai tutup regulator valve 1 dan buka regulator valve 2. Regulator valve 4 tetap ditutup dan regulator valve 3 tetap dibuka penuh. Prosedur ini merupakan prosedur pencucian dari sisi permeat

7.     lakukan pencucian selama beberapa menit dan hentikan setelah hasil pencucian sudah benar-benar bersih

 8.     apabila pencucian telah selesai dilakukan, pastikan membran  hollow fiber  pada modul membran senantiasa terendam air murni.

E. Gambar Membran Filtration

 

                  Gambar a. rospiral wound3

 Gambar b. filtration system

 

 Gambar c. mikrofiltration

 

Contoh Video :

http://www.youtube.com/watch?v=34Ymg1-Aig0video membrane water filtration system

rotreat film filtrasi

F.     Daftar Pustaka

1.   Mulder, M., Basic Principles of Membrane Technology, Kluwer Academic Publisher, Dordrecht, 1996

2.    Johnson, A.S., and Tragardh, G., Fundamental Principles of Ultrafiltration,  Chem. Eng. Process., 27,1990, pp. 67-68

3.   Cherryan, M., Ultrafiltration Handbook, Technomic Publ. Co., 1986, pp. 144-166

4.  Wenten, I.G., Mechanism and Control of  Fouling in Crossflow Microfiltration,  J. Filtration and Separation, Elsevier, 1995, pp. 252-253

 Sumber  

 http://akademik.che.itb.ac.id/labtek/wp-content/uploads/2009/02/modul-210-pemisahan-dengan membran.pdf

http://www.google.co.id/imgres?imgurl=http://ptlikua.files.wordpress.com/2010/11/rospiralwound3.jpg&imgrefurl=http://ptlikua.wordpress.com/wt/reverse-osmosis-ro/&h=202&w=295&sz=10&tbnid=yRq7qsoRaa3QDM:&tbnh=80&tbnw=117&prev=/search%3Fq%3Dgambar%2Bmembran%2Bmikrofiltrasi%26tbm%3Disch%26tbo%3Du&zoom=1&q=gambar+membran+mikrofiltrasi&usg=__s8tCnR4T9q_hrqovdjsSbHRXvl4=&docid=D89Ed5GBsM9r9M&sa=X&ei=-_gZUdmVEeygmQX3_oHYCA&ved=0CFYQ9QEwDA&dur=4167