Kajian Fluks Dan Sifat Mekanik Membran Selulosa

2
membran sintesis dibuat sesuai dengan
kebutuhan dan disesuaikan dengan sifat
membran alami. Bahan yang dapat dijadikan
sebagai pembuat membran organik sintetis
antara lain yaitu polisulfon, selulosa asetat,
polikarbonat,
polipropilen,
polietilen,
poliamida, dan nilon.7
2.2. Selulosa Asetat
Selulosa asetat merupakan salah satu
turunan selulosa yang dibuat dengan
mengganti gugus hidroksil (-OH) selulosa
dengan gugus asetil berbentuk padatan putih,
tak beracun, tak berasa, dan tak
berbau.8Pembuatan selulosa asetat dapat
dilakukan dengan mereaksikan selulosa
dengan anhídrida asetat menggunakan katalis
H2SO4.6
Selulosa
dan
turunannya
dapat
digunakan sebagai bahan baku pembuat
membran mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, reverse
osmosis, gas separation dan dialisis. Selulosa
asetat merupakan polimer penting sebagai
pembuat membran. Membran selulosa asetat
ini telah dikembangkan oleh Loeb-Sourirajan
sekitar tahun 1950.9
Keunggulan membran selulosa asetat
dibanding dengan membran sintesis lain
adalah membran ini banyak tersedia, murah,
dan tidak cenderung bermasalah terhadap
penyerapan.10Namun
membran
selulosa
asetat memiliki kuat tarik dan kuat tekan
yang rendah. Untuk meningkatkan kuat tarik
dan kuat tekan membran selulosa asetat
diperlukan doping atau pelapisan dengan
bahan lain.Struktur dari selulosa asetat
terdapat pada Gambar 1.11
Gambar 1. Struktur Selulosa Asetat.11
2.3. Titanium dioksida(TiO2)
TiO2 merupakan kristal yang berwarna putih
yang indeks biasnya sangat tinggi, titik lebur
18550C dan tersusun atas ion Ti4+ dan O2dalam
konfigurasi
oktahedron.12Dalam
bentuk kristal, TiO2 memiliki tiga struktur
yaitu rutile, anatase, dan brookyte(Gambar
2).13Rutile dan anatase mempunyai struktur
tetragonal dengan tetapan kisi kristal dan sifat
fisika yang berbeda.
Struktur rutile lebih stabil pada suhu
tinggi sedangkan anatase stabil pada suhu
rendah.Brookite merupakan jenis Kristal yang
paling sulit diamati karena sifatnya yang
tidak mudah dimurnikan.14
(a)
(b)
(c)
Gambar 2. Struktur kristal TiO2 a. kristal
rutile b. kristal anatase.c. Kristal
brookite.13
Penambahan TiO2 pada membran
sintesis dapat meningkatkan sifat fisik
membran sehingga membran tidak mudah
terdekomposisi
dan
meningkatkan
hidropilitas
membran
sehingga
fluks
meningkat.14
2.4. Teknik Pembuatan Membran
Pembuatan membran dapat dilakukan
dengan beberapa teknik, yaitu dengan teknik
sintering,
stretching,
track-etching,
pembalikan
fasa,
dan
leaching.Pada
pembalikan fasa, polimer diubah secara
terkendali dari fasa cair ke fasa padat.Dengan
mengendalikan tahap awal transisi fasa maka
morfologi membran dapat diatur, begitu juga
dengan porinya.Teknik pembalikan fasa
meliputi pengendapan dengan penguapan
pelarut, pengendapan dari fasa uap,
pengendapan dengan penguapan terkontrol,
pengendapan termal dan pengendapan dengan
perendaman (pembalikan fasa rendamendap).15
Pada teknik pembalikan fasa rendamendap,
membran
dibuat
dengancara
melarutkan suatu polimer dalam pelarut yang
sesuai sehingga diperoleh larutan yang
homogen. Kemudian dilakukan sonikasi agar
larutan menjadi lebih homogen. Selanjutnya
dibuat lapisan tipis dari larutan tersebut
kemudian dikoagulasikan di dalam aquades
sehingga terbentuk membran.
Pemilihan
teknik
pembuatan
membran
sanga
tmenentukan struktur
membran
yang
dihasilkan.15
3
2.5. Fluks Air
Fluks merupakan jumlah volum permeat
(hasil pemisahan) yang melewati satu satuan
luas membran dalam satuan waktu tertentu.16
………………… (1)
J = fluks (ml/cm2menit)
V = volume hasil pemisahan yang
tertampung (ml)
A = luas membran yang dilalui (cm2)
t
= selang waktu pengukuran(menit)
Salah satu faktor yang menyebabkan
keterbatasan penggunaan membran berpori
adalah fouling. Fouling adalah perubahan
yang bersifat irreversible yang disebabkan
oleh interaksi secara fisik dan kimiawi antara
membran dan partikel yang terdapat dalam
proses pemisahan. foulingmengakibatkan
penurunan fluks permeat dan perubahan
selektivitas pada membran. Perubahan ini
dapat berlangsung selama proses pemisahan
dan membutuhkan penanganan yang serius,
termasuk penggantian membran.17
Sistem pemisahan membran yang paling
sederhana yaitu sistem dead-end dan crossflow. Pada sistem dead-end , arah aliran tegak
lurus terhadap membran. Sistem ini
mempunyai kelemahan yaitu cenderung
mengakibatkan fouling yang sangat tinggi
karena terbentuknya cake di permukaan
membran pada sisi umpan.Pada sistem crossflow, umpan dialirkan dengan arah aksial
(sejajar) dengan permukaan membran. Aliran
seperti itu menyebabkan pembentukan
cakesangat lambat karena tersapu oleh gaya
geser yang disebabkan oleh aliran cross-flow
umpan. Pada aplikasi bidang industri, operasi
secaracross-flow lebih disukai.Kedua sistem
tersebut dapat ditunjukkan pada Gambar 3.4
2.6. Sifat Mekanik Membran
Uji tekan, uji tarik dan uji getar
merupakan bagian dari uji mekanik dari suatu
material. Uji mekanik suatu bahan harus
diketahui khususnya bagi bahan yang dalam
penggunaanya akan mengalami pergesekan.18
Uji tekan dilakukan untuk mengetahui
kemampuan membran menahan beban. Kuat
tekan (compression strength) adalah besarnya
gaya tekan (newton) per satuan
luas
penampang benda (mm2) sampai membran
putus.Pengukuran kuat tekandilakukan seperti
Gambar 4. Membran dijepit pada kedua sisi
dan ditekan tepat pada tengah-tengah
membran dengan alat yang memiliki ujung
yang tumpul.
Gambar 4. Skema kuat tekan membran
Persamaan untuk kuat tekan adalah :
KN = FNmax/ A0
………………… (2)
Keterangan :
KN= Kuat tekan (N/ mm2)
FNmax=Gaya
maksimum
yang
tegakluruspermukaan (newton)
A0= Luas penampang membran yang ditekan
(mm2)
Uji tarik (tensile test) digunakan untuk
mengetahui elastisitas membran. Membran
dijepit dan dihubungkan dengan sensor gaya
yang terhubung dengan komputer. Skema uji
tarik terlihat pada Gambar 5.
Gambar 5. Skema uji tarik
(a)
(b)
Gambar 3. Skema modul alirandead-end (a)
dan cross-flow (b) pada proses
filtrasi dengan membran.
Kuat tarik didefinisikan sebagai besarnya
gaya tarik maksimum (newton) dalam satuan
luas penampang benda (mm2). Persamaan
untuk kuat tarik adalah :
KT = FTmax/ A0 …………………..
(3)