TEKNOLOGI MEMBRAN

TEKNOLOGI MEMBRAN

SILABI: • • • •

• •

Defnisi, ungsi, dan klasifkasi membran, perkembangan perkembangan teknologi tekn ologi proses membran, mekanisme kerja berbagai jenis/tipe membran fltrasi (mikrofltrasi, ultrafltrari, nanofltrasi, reverse osmosis, pervaporasi, pemisaan gas, dialisis!, Baan "embuat "embran, #roses #embuatan "embran

$lasifkasi #roses #emisaan Sifat fisik/kimia  Proses Pemisahan Ukuran

Filtrasi, Mikrofiltrasi, Ultrafiltrasi, Dialisis, Separasi gas, gel permeation chromatography

Tekanan ekana n Uap Uap

Distilasi, Distilasi Membran

Titik beku

Kristalisasi

Afinitas

Extraksi, Asorpsi, Asorpsi, Absorpsi, !e"erse osmosis, separasi gas, per"aporasi, chromatografi afinitas

Muatan listrik

#ertukaran ion, elektroialisis, elektroialisis, elektrophoresis, ialisis ifusi

Densitas

Seimentasi, Seimentasi, sentrifugasi, flotasi

Sifat kimia

Komplekasasi

 %eknologi  %eknologi "embran: •

•

 %eknologi  %eknologi membrane membrane merupaka merupakan n teknologi &ang &ang mengalami perkembangan se'ara 'epat, karena karakter multidisiplinn&a dan dapat digunakan untuk berbagai proses separasi $eunggulan proses p roses membran:  Separasi dapat dilakukan se'ara kontinu  $onsumsi energi e nergi umumn&a renda  Dapat dikombinasikan dengan muda dengan proses lainn&a (&brid pro'essing!  %idak  %idak diperlukan diperlukan pengubaan pengubaan ase ase medium  #enggandaan skala (ups'aling! muda  Siat membran bersiat variable dan dapat dikendalikan  %anpa  %anpa baan baan tambaan tambaan

#roses "embran )elati baru  terus berkembang Genenasi pertama:  "ikrofltrasi ("*!  +ltrafltrasi (+*!  anofltrasi (*!  )everse -smosis ()-!  .letrodialisis (.D!  "embrane .le'trol&sis (".!  Diusion Dial&sis (DD!  Dial&sis (D! 

Generasi Kedua: Separasi gas (0S! 1apour #ermeation (1#! #ervaporation (#1! "embrane Distillation ("D! "embrane 2onta'tor ("2! 2arrier mediated #ro'ess

#engklasifkasian "embran ! e m b ra n

S i n t e t ik

cair

B i o l o g ik

Bentuk

Paat

B i o l o g ik

A n o r g a n ik

N o n -P o ro u s (b e rm u a ta n /ta k -b e rm u a ta n )

P o ro u s

A s im e t r ik

In v e rs i fa se

K o m p o s it

Asal

S im e t r ik

Baan "orologi/ Struktur

A s i m e t ik

#roduksi

#erbandingan "*, +*, * dan )MF

UF

NF/RO

#emisahan partikel

#emisahan makromolekul

#emisahan larutan $M renah %garam, glukosa, laktosa, mikropolutan

Tekanan osmostik apat iabaikan %tanpa polarisasi konsentrasi&

Tekanan osmotik apat iabaikan

Tekanan osmotik tinggi %' ( )* bar&

Tekanan transmembran renah %+ ) bar&

Tenakan transmembran renah %''- bar&

Tenakan transmembran tinggi %'-  .- bar&

Struktur membran simetrik atau asimetrik

Struktur membran asimetrik

Sruktur membran asimetrik

Ketebatal layer pemisah/ Simetrik/ '- ( '*- µm Asimetrik/ ' µm

Ketebatal layer pemisah aktual/ Simetrik/ -,' (',- µm

Ketebatal layer pemisah aktual/ Simetrik/ -,' (',- µm

#emisahan akibat perbeaan ukuran partikel

#emisahan akibat perbeaan ukuran

#emisahan akibat perbeaab kelarutan an ifusi"itas

Mikrofltrasi (MF) 





"* dapat memisakan partikel berukuran 3 4,45 µm Baan berukuran 6 4,45 µm (garam/ion, gula 7 protein! mele8ati membran "* +kuran pori: 4,49  " 4 µm  %ekanan : 4,  " ; bar

#aatan tersuspensi, sel0biomass, koloi Membran Air

1aram0ion, Makromolekul

Aliran volumetrik melalui membran dapat digambarkan dengan persamaan Dar'&, dimana p

dimanaA = konstantapermeabili tas &angmen'akup faktor strukturmembran sepertiporositas,sertaukuran dandistribusi pori porimembran, sertaviskosita s permea

+ntuk aliran konvekti laminer melalui membran porous, persamaam ?agen#oiseule dan $on@en& 2armen dapat digunakan =ika membran terdiri atas kapiler lurus, #ersamaan ?agen#oiseule dapat digunakan dengan A ≈ εr: Er>#  = = 9τ >C

dimanar = radiuspori,∆C = ketebalanmembran η  = τ 

viskositasdinamis,ε  = porositasmembran,

= aktottortuisita s

#ersamaan $on@en&2arman:

E; >#  = = $SB >C dimana$ = bilangantak berdimensi &angtergantung padageometri pori, S = luaspermukaan partikelsperi'alper volume , membran, ∆C = ketebalan η  =

viskositasdinamis,

ε  = porositasmembran

+ntukpartikelsperikalanddenganasumsiba8a $ = 5, persamaan di atasdapatditulismenjadi:

 =

=

E;dB

># D94( ε !B >C

•

Dari persamanpersamaan di atas terliat ba8a:  – *luC berbanding terbalik dengan viskositas  – *luC sangat ditentukan ole struktur membran, baik porositas ( ε! dan radius pori (r!

•

+ntuk optimasi "* membran:  – #orositas membran arus setinggi mungkin  – Distribusi ukuran pori sesempit mungkin

"embran "* (summar&!: "embran:

Simetris atau asimetris

$etebalan:

4 F 54 µm

+kuran #ori:

4,45 F 4 µm

Driving or'e:

%ekanan (6  bar!

#rinsip separasi:

"ekanisme penåan

Baan membran

#olimer atau keramik

Aplikasi:

Aplikasi analitis, sterilisasi (pangan, minuman, armasi, klsrifkasi minuman (jui'e, bir, 8ine!, pemisaan sel/biomassa/bioreaktor, air ultrabersi, re'over& metal sebagai oksida atau idroksida koloid, ermentasi kontinu, pemisaan emulsi airmin&ak, 8aste 8ater treatment, plasmaperesis

Ultrafltrasi (UF) 



+* dapat memisakan baan berukuran 3 4,445 µm (B" 3 444 Da! +* dan "* adala identik, an&a membran +* asimetris  membarn lebi dense "olekul berukuran ke'il (garam/ion, dan gula! dapat mele8ati membran +* Aliran permeat dapat digambarkan dengan pers $onsen&2armen  %ekanan:  F 4 bar



#artikeldan "akromolekul









"embran

Air

0aram garaman  /ion, gula

Membran UF %Summary&/ Membran

Asimetris

Ketebalan

≈ '*- µm

Ukuran pori

' ( '-- nm

Dri"ing force

Tekanan %' ( '- bar&

#rinsip #emisahan

Mekanisme penyaringan

$ahan membran

#olimer %e2g2 polysulfone, polyacrylonitrile& Keramik %e2g2 3irconium oxie, aluminium oxie&

Aplikasi

4nustri susu %milk, 5hey, cheese making&, inustri pangan %pati, protein&, klarifikasi minuman, pemisahan emulsi  minyak air, reco"ery electropaint, an prouk0prouk samping, farmasi %en6ym, antibiotik, pyrogen&, 5ater0 5asteater treatment, aurulang air, isinfeksi, penghilangan minyak, membran bioreaktor

Nonofltrasi (NF) 

 #artikel, makromolekul , ion bivalen "embran Air

 

 

Ion  bervalensi satu 

 %erletak diantara +* dan ) %ekanan: 4  " ;5 bar Dapat memisakan ion d8i valensi ("gG dan 2aG!, pengilangan kesadaan "H2-: 3 54 Da  %ipikal rejeksi (5 bar, 44 ppm!: 4 J a2l, 94 J, 2a(2-;!, K9 J "gS-, 0lukosa, Sukrosa Aplikasi:#emisakan gula (sumber 2eksternal!, eliminasi 8arna, %-2, %DS, dan kesadaan, logam berat

* (Summar&!: "embran

$omposit

$etebalan

Subla&er ≈ 54 µmM topla&er ≈  µm

+kuran pori

6  nm

Driving or'e

%ekanan (4 F 5 bar!

#rinsip #emisaan

Solutiondiusion

Baan membran

#ol&amide (intera'ial pol&meri@ation!

Aplikasi

Desalinasi air pa&au, pen&isian mikropolutan, pelunakan air, 8aste8ater treatment, retensi pe8arna (industr& tekstil!

Hiperfltrasi/Reverse Osmosis (RO) 



 

"embran nonporous, ampir an&a air &ang dapat mele8ati membran )0aram/ion dan baan organik 3 54 Da dapat dialangi membran ) %ekanan: 44 bar, tetapi dapat juga s/d 44 bar Aplikasi: penanganan lea'ate, pengilangan logam berat, gramgraman, dan baan organik sintetik



Partikel dan Makromolekul, ion  bervalensi dua Ion  bervalensi satu

Membran

Air

)everse osmosis/?iperfltasi (Summar&!: "embran

Asimetris atau $omposit

$etebalan

Subla&er ≈ 54 µmM topla&er ≈  µm

+kuran pori

6  nm

Driving or'e

%ekanan: air pa&au 5 F 5 barM air laut: 4 F 94 bar

#rinsip #emisaan

Solutiondiusion

Baan membran

2ellulose tria'etate, aromati' pol&amide, pol&amide dan pol&(eter urea! (intera'ial pol&meri@a@tion!

Aplikasi

Desalinasi air pa&au/air laut, produksi air ultrabersi (industri lektronik!, pengkonsentrasian jui'e atau gula, milk pen&isian mikropolutan, 8aste8ater treatment

anofltrasi dan )everse -smosis Larutan

)-

*

Ion monovalen (a, $, 2l, -;

3 K4 J

6 54 J

Ion bivalen (2a, "g, S-, 2-;

3 KK J

3 K4 J

Bakteri dan virus

3 KK J

6 KK J

"i'rosolute (B" 3 44!

3 K4 J

3 54 J

"i'rosolute (B" 6 44

4 F KK J

4 F 54 J

Dialisis •

• •

•

#roses digerakkan ole perbedaan konsentrasi baan terlarut dari sisi eed dan sisi permeat/dialisat "olekul berukuran besar (sering koloid! dipisakan dari molekul berukuran ke'il (ion anorganik! Separasi di'apai ole perbedaan laju diusi melalui membranM proses ini diperbesar dengan perbedaan tekanan atau potensial dan dipertaankan dengan mengalirkan larutan buer pada sisi permeat, untuk membuat gradien konsentrasi "embran &ang digunakan biasan&a polimer organik idroflik (misaln&a 'ellopane dan 'uprapane, selulosa asetat dan kopolimer etilen vin&l alkool dan etilen vin&l asetat!

• •

$etebalan sekitar 44 nm Laju permeasi dikendalikan ole:  –  –

•

Bidang aplikasi:  –  –  –

• •

Diusi baan terlarut melalui membran Diusi baan terlarut melalui lapisan batas konsentrasi ('on'entration boundar& la&er!, baik sisi eed maupun sisi permeat "edis (ginjal buatan dan purifkasi plasma! )e'over& kaustik dari emiselulosa )emoval alkool dari bir

$e'epatan proses atau laju diusi dapat ditingkatkan dengan peningkatan turbulensi $elemaan dialisis: proses belangsung lambat dan derajat selektivitas renda

Elektrodialisis (Ion Exchange Memrane) • •

•

+ntuk memisakan ionion bermuatan sejenis dari ionion bermuatan lainn&a "embran bersiat ion selekti, seingga sering disebut juga sebagai membran penukar ion (ion eC'ange membrane!  %ipe membran penukar ion:  –

"embran omogen: • • •

 –

Dibuat dari resin penukar ion "emiliki resistensi elektris tinggi $ekuatan mekanis renda

"embran etreogen: • •

Dibuat dengan menggabungkan suatu group ion ke dalam flm polimer #olimer umumn&a 'rosslinked 'opolimer dari: Divin&lben@ene dengan #ol&st&rene (atau #ol&vin&lp&ridine! atau #ol&tetrea