BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Desalinasi Air Laut
Proses produksi air bersih dengan metode desalinasi dilakukan melalui
beberapa tahapan, meliputi: pengambilan air laut, pengolahan awal air laut, proses
pemisahan garam, dan pengolahan akhir.
Pengambilan air laut
Tahapan paling awal dalam proses desalinasi adalah pengambilan air laut sebagai
bahan baku proses. Metode yang umum dilakukan adalah dengan pemasangan
pipa kearah laut hingga jarak beberapa kilometer dari pantai. Hal ini dilakukan
untuk memperoleh air laut dengan kualitas baik yang terhindar dari pergerakan
sedimen permukaan yang umumnya terjadi pada laut kedalaman dangkal. Laju
alir pengambilan air laut dilakukan secara lambat untuk mencegah masuknya
biota laut ke dalam pipa.
Pengolahan awal bertujuan untuk mengkondisikan bahan baku, dalam hal
kandungan pengotor, agar ramah bagi proses utama desalinasi. Pengotor yang
biasa terkandung dalam air laut mencakup makromolekul (pasir dan biota laut
termasuk ikan, alga dll.) dan mikromolekul (unsur penyebab sedimentasi,
kristalisasi dan fouling). Teknik yang dilakukan pada umumnya mencakup
koagulasi-flokulasi-sedimentasi
(coagulation-flocculation-sedimentation),
5
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
membran tekanan rendah (low pressure membran), penyaringan dengan media
(media filter) dan catridge filter.
Proses Inti
Pada tahapan ini, bahan baku yang telah mengalami pengolahan awal akan
mengalami proses penyisihan garam sehingga menghasilkan air bersih.
Berdasarkan teknik pemisahan garamnya, proses desalinasi dikategorikan menjadi
dua: berbasis panas dan berbasis membran.
Pada proses berbasis panas, bahan baku dikondisikan mendidih pada tekanan
rendah sehingga menghasilkan uap air pada temperatur rendah. Pada proses ini,
hanya air saja yang mengalami penguapan, sehingga setelah pengumpulan dan
pengkondensasian uap, akan dihasilkan air bersih tanpa garam dan pengotor.
Multistage flash distillation dan multi effect distillation adalah contoh teknologi
desalinasi dengan berbasis panas.
Pengolahan akhir
Kondisi air murni dengan konsentrasi ion rendah dalam produk desalinasi perlu
disesuaikan agar nyaman saat dikonsumsi dan tidak merusak pipa distribusi.
Untuk konsumsi, air murni tidak berasa, perlu adanya penambahan mineral
supaya rasanya sesuai dengan kualitas air minum: rasa menyegarkan dari air
berasal dari kandungan mineral. Kandungan ion yang minimal dapat memicu
proses korosi pada pipa distribusi karena kecenderungan pengikatan ion-ion metal
pipa agar keseimbangan kimia air tercapai. Pada tahapan akhir penambahan
6
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
mineral dilakukan pada aliran produk sehingga dihasilkan produk air bersih
dengan kualitas air minum.
2.2 Membran Keramik
Keramik dapat di definisikan menjadi sebuah senyawa padatan yang
terbentuk melalui panas, atau kombinasi panas dan tekanan, yang tersusun
setidaknya dari dua unsur yang salah satu diantara unsur penyusunnya adalah
unsur padatan non logam. Unsur lainnya dapat berupa logam atau unsur non
logam lainnya. (Barsoum,1997).
Membran keramik dapat digambarkan sebagai sebagai sebuah media selektif
permiabel yang mempunyai pori dengan diameter tertentu dimana faktor
permeabilitas dan separasi merupakan indicator – indicator yang paling penting
dalam menentukan performanya. Untuk sebuah membran keramik berpori
(porous), terdapat ciri – ciri tertentu yaitu jika dilihat dari ketebalan, ukuran pori
dan permukaan porositas dari membran (Li, 2007).
Membran keramik berpori adalah membran dengan tipe asimetrik yang
memiliki ketebalan support sekitar 1 – 3 mm. Lapisan mikrofiltrasi biasanya
berukuran 10 – 30μm dan oksida yang umum digunakan untuk membran adalah
zirconia (ZrO2) dan alumina (Al2O3). Membran ultrafiltrasi tebalnya hanya
beberapa mikrometer dan terbuat dari alumina, zirconia, titania (TiO2) dan cerium
(CeO2). Membran nanofiltrasi ketebalannya kurang dari 1μm, umumnya terbuat
dari zirconia dan titania. Support dan lapisan mikrofiltrasi dihasilkan dari teknik
keramik klasik, dimana proses sol-gel digunakan untuk lapisan ultra dan
7
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
nanofiltrasi. Membran keramik kebanyakan dibuat dalam dua bentuk geometri
utama : tubular dan flat. Membran keramik terutama yang berbasis Palladium
telah lama digunakan pada mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi karena sifatnya yang
stabil terhadap pengaruh panas, bahan kimia dan solvent (Baker 2004).
Kelebihan membran keramik terletak pada kestabilan temperaturnya yang
baik, tahan terhadap senyawa kimia, degradasi biologis ataupun mikroba. Sifatsifat menunjukkan keunggulan bila dibandingkan dengan membran yang terbuat
dari senyawa polimer, dan relatif mudah untuk dibersihkan dengan cleaning agent.
Ketahanan terhadap zat kimia menyebabkan membran keramik banyak digunakan
pada prosesing makanan, produk bioteknologi dan farmasi. Kekurangan membran
keramik terutama timbul dari proses preparasinya dimana sangat sulit mencapai
kualitas produk akhir yang reproducible. Hal ini karena pada dasarnya sifat brittle
dari membran keramik membuatnya lebih mahal daripada sistem membran
polimer. Selain itu, harga sistem membran meningkat signifikan seiring dengan
meningkatnya kebutuhan sifat-sifat produk, antara lain porositas, ukuran pori,
reproducibility, dan reliability.
Kinerja atau efisiensi perpindahan didalam membran ditentukan oleh dua
parameter ryaitu fluks dan rejeksi. Permeabilitas sering disebut juga sebagai
kecepatan permeatatau fluks adalah ukuran kecepatan suatu spesi melewati
membran persatuan luas danwaktu dengan gradien tekanan sebagai gaya
pendorong. Faktor ynag mempengaruhi permeabilitas adalah jumlah dan ukuran
8
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
pori, interaksi antara membran dan larutan umpan, viskositas larutan serta tekanan
dari luar. Fluks (Jv) dirumus sebagai berikut :
dengan : Jv = fluks (ml/cm2. kgf/ cm2. det), V = volume permeat (ml), A
= luas permukaan membran (cm2), t = waktu (jam)
Selektifitas yang parameternya dinyatakan sebagai koefisian penolakan
atau koefisien rejeksi adalah ukuran kemampuan membran menahan suatu spesi.
Faktor yang mempengaruhi selektifitas adalah besarnya ukuran partikel yang akan
melewatinya, interaksi antara membran dan larutan umpan dan ukuran pori.
Koefisien rejeksi (R) dirumuskan sebagai berikut :
dengan: R = koefisien rejeksi, Cp = konsentrasi permeat dan Cf =
konsentrasi umpan.
2.3. Zeolit
Zeolit merupakan mineral yang istimewa karena struktur kristalnya mudah
diatur, sehingga dapat dimodifikasikan sesuai dengan keperluan pemakai dan
dapat digunakan untuk tujuan tertentu. Karena keistimewaannya itu zeolit dapat
digunakan dalam berbagai kegiatan yang luas, seperti penukar ion, adsorben, dan
katalisator.
2.3.1 Pengertian Zeolit
9
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Penemuan zeolit di dunia dimulai dengan ditemukannya Stilbite pada
tahun 1756 oleh seorang ilmuwan bernama A. F. Constedt. Constedt
menggambarkan kekhasan mineral ini ketika berada dalam pemanasan terlihat
seperti mendidih karena molekulnya kehilangan air dengan sangat cepat. Sesuai
dengan sifatnya tersebut maka mineral ini diberi nama zeolit yang berasal dari dua
kata Yunani, zeo artinya mendidih dan lithos artinya batuan. Diberi nama zeolit
karena sifatnya yaitu mendidih dan mengeluarkan uap jika dipanaskan.
Para ahli mineralogi memperkirakan bahwa zeolit alam berasal dari muntahan
gunung berapi yang membeku menjadi batuan vulkanik, batuan sedimen, batuan
metamorfosa, dan selanjutnya melalui pelapukan karena pengaruh panas dan
dingin yang terjadi dalam lubang-lubang dari batuan lava basal (traps rock) dan
butiran halus dari batuan sediment piroklastik (tuff). Pada umumnya komposisi
zeolit alam mengandung klinoptilolit, mordenit, chabazit, dan erionit. Kristalkristalnya terbentuk dari proses hydrothermal yang melibatkan reaksi antara
larutan garam atau dengan aliran lava.
Zeolit merupakan mineral yang terdiri dari kristal alumiosilikat terhidrasi yang
mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensinya.
Zeolit merupakan kristal alumina-silika yang mempunyai struktur berongga atau
berpori dan mempunyai sisi aktif yang bermuatan negatif yang mengikat secara
lemah kation penyeimbang muatan. Zeolit terdiri atas gugusan alumina dan
gugusan silika-oksida yang masing–masing berbentuk tetrahedral dan saling
10
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
dihubungkan oleh atom oksigen sedemikian rupa sehingga membentuk kerangka
tiga dimensi.
Karakteristik umum dari sebuah zeolit adalah memiliki struktur 3-dimensi
dengan 4 struktur kerangka penghubung dari tetrahedra TO4 (unit bangunan
dasar), dimana T adalah kation yang terkoordinasai secara tetrahedral (T=Si atau
Al). Zeolit merupakan material kristal alumina silika berpori yang berstruktur tiga
dimensi yang terbentuk dari tetrahedra alumina dan tetrahedra silika dengan
rongga-rongga yang berisi ion-ion logam, biasanya logam-logam alkali atau alkali
tanah (terutama Ca dan Na) dan molekul air yang dapat bergerak dengan bebas di
dalam rongga zeolit.
Karena keragaman struktur dan komposisi kimia dari material zeolit, maka
banyak ditemukan definisi tentang zeolit. Tetapi syarat utama dari suatu material
zeolit adalah adanya struktur terbuka dengan pori-pori dan rongga di mana ion
dan molekul tambahan bisa bergerak secara bebas
2.3.2 Mineralogi Zeolit
Zeolit termasuk ke dalam golongan tectosilica yang termasuk keluarga
mineral felspars dan felspathoid. Felspars mempunyai kerangka yang lebih
kompak tanpa rongga. Sehingga kation tidak dapat dengan mudah bergerak
kecuali ikatan kerangka rusak, dan penggantian kation selalu melibatkan
perubahan dalam rasio Si/Al. Sedangkan felspathoid memiliki struktur berongga
yang berisi molekul air dan kation. Felspathoids memiliki kerangka yang lebih
11
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
terbuka sehingga ion dapat dipindahkan, dihapus, atau dipertukarkan melalui
rongga tanpa mengganggu kerangka. Seperti kation, molekul air dapat juga
dihapus dan diganti tanpa mengganggu ikatan kerangka. Felspars adalah mineral
aluminosilica anhidrat dengan densitas 2.6-2.7 g/cm3, diikuti oleh felspathoids
(densitas 2.3-2.5 g/cm3) dan zeolit (densitas 2-2.3 g/cm3). Zeolit dan moleculer
sieve lainnya, adalah padatan mikroporous dengan berbagai sifat fisika kimia.
2.3.3 Sifat – sifat Zeolit
Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, diantaranya :
A. Dehidrasi
Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat serapannya. Keunikan zeolit
terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam didalam poriporinya terdapat kation-kation atau molekul air. Bila kation-kation atau molekul
air tersebut dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka
zeolit akan meninggalkan pori yang kosong
B. Penyerapan
Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air
yang berada disekitar kation. Bila zeolit dipanaskan maka air tersebut akan keluar.
Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan
C. Penukar Ion
12
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Ion-ion pada rongga berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini dapat
bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan
muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain
tergantung dari sifat kation, suhu, dan jenis anion (Bambang P, dkk, 1995).
D. Katalis
Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi
kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekular
dari reaksi. Katalis berpori dengan pori-pori sangat kecil akan memuat molekulmolekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Selektivitas molekuler
seperti ini disebut molecular sieve yang terdapat dalam substansi zeolit alam
(Bambang P, dkk, 1995).
E. Penyaring / Pemisah
Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas perbedaan
bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Sifat ini disebabkan zeolit
mempunyai ruang hampa yang cukup besar. Molekul yang berukuran lebih kecil
dari ruang hampa dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari ruang
hampa akan ditahan (Bambang P, dkk, 1995).
2.4 Titanium Dioksida (TiO2)
Titanium dioksida (TiO2) juga bisa disebut Titania atau Titanium (IV)
oksida merupakan bentuk oksida dari titanium secara kimia dapat dituliskan TiO2.
13
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Senyawa ini dimanfaatkan secara luas dalam bidang anatas sebagai pigmen,
bakterisida, pasta gigi, fotokatalis dan elektroda dalam sel surya. Titanium
dioksida (TiO2) dapat dihasilkan dari reaksi antara senyawa titanium tetraklorida
(TiCl4) dan O2 yang dilewatkan melalui lorong silika pada suhu 700oC. Senyawa
TiO2 bersifat amfoter, terlarut secara lambat dalam H2SO4(aq) pekat, membentuk
kristal sulfat dan menghasilkan produk titanat dengan alkali cair. Sifat senyawa
TiO2 adalah tidak tembus cahaya, mempunyai warna putih, lembam, tidak
beracun, dan harganya relatif murah. Titanium dioksida dapat dihasilkan dari
proses sulfat ataupun klorin.
Titanium dioksida (TiO2) memiliki tiga fase struktur kristal, yaitu anatas, rutil,
brookit. Akan tetapi hanya anatas dan rutil saja yang keberadaanya di alam cukup
stabil. Kemampuan fotoaktivitas semikonduktor TiO2 dipengaruhi oleh morfologi,
luas permukaan, kristanilitas dan ukuran partikel. Anatas diketahui sebagai kristal
titania yang lebih fotoaktif daripada rutil. Hal ini disebabkan harga Eg TiO2 jenis
anatas yang lebih tinggi yaitu sebesar 3,2 eV sedangkan rutil sebesar 3,0 eV.
Harga Eg yang lebih tinggi akan menghasilkan luas permukaan aktif yang lebih
besar sehingga menghasilkan fotoaktivitas yang lebih efektif . Bentuk titanium
dioksida yang stabil adalah rutil, dimana bentuk lain titanium dioksida berubah
pada suhu tinggi. Rutil mempunyai struktur kristal mirip dengan anatas, dengan
pengecualian bahwa Ti-O oktahedral patungan 4 sisi bukan 4 sudut. Struktur rutil
dan anatas dapat digambarkan sebagai rantai octahedral TO6 kedua struktur kristal
dibedakan oleh distorsi oktahedral dan pola susunan rantai oktahedralnya.
14
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Serbuk TiO2 dengan struktur rutil paling luas penggunaanya karena indeks
biasnya yang tinggi, warna yang kuat, dan sifat kimianya yang inert. Struktur
anatas lebih baik untuk aplikasi sel surya berbasis sensitiser zat warna pada lapis
tipis TiO2
2.5 Karbon
Karbon atau zat arang merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C
dan nomor atom 6 pada tabel periodik. Sebagai unsur golongan 14 padatabel
periodik, karbon merupakan unsur non-logam dan bervalensi 4 (tetravalen), yang
berarti
bahwa
terdapat
empat
elektron
yang
dapat
digunakan
untuk
membentuk ikatan kovalen. Terdapat tiga macam isotopkarbon yang ditemukan
secara alami, yakni 12C dan 13C yang stabil, dan14C yang bersifat radioaktif
dengan waktu paruh peluruhannya sekitar 5730 tahun. Karbon merupakan salah
satu dari di antara beberapa unsur yang diketahui keberadaannya sejak zaman
kuno. Istilah "karbon" berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti batu bara.
Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah grafit,intan,
dan karbon amorf. Sifat-sifat fisika karbon bervariasi bergantung pada jenis
alotropnya. Sebagai contohnya, intan berwarna transparan, manakala grafit
berwarna hitam dan kusam. Intan merupakan salah satu materi terkeras di dunia,
manakala grafit cukup lunak untuk meninggalkan bekasnya pada kertas. Intan
memiliki konduktivitas
listik yang
sangat
rendah,
sedangkan
grafit
15
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
adalah konduktor listrik yang sangat baik. Di bawah kondisi normal, intan
memiliki konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang
diketahui. Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam kondisi normal, tetapi
grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotropalotrop lainnya.
Semua alotrop karbon sangat stabil dan memerlukan suhu yang sangat tinggi
untuk bereaksi, bahkan dengan oksigen. Keadaan oksidasi karbon yang paling
umumnya
ditemukan
adalah
+4,
manakala
+2
dijumpai
padakarbon
monoksida dan senyawa kompleks logam transisi lainnya. Sumber karbon
anorganik terbesar terdapat pada batu kapur, dolomit, dan karbon dioksida,
sedangkan sumber organik terdapat pada batu bara, tanahgambut, minyak bumi,
dan klatrat metana. Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada
unsur-unsur lainnya, dengan hampir 10 jutasenyawa organik murni yang telah
dideskripsikan sampai sekarang.
Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 dialam
semesta. Karbon terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan pada manusia,
karbon merupakan unsur paling berlimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah
oksigen. Keberlimpahan karbon ini, bersamaan dengan keanekaragaman senyawa
organik dan kemampuannya membentuk polimer membuat karbon sebagai unsur
dasar kimiawi kehidupan. Unsur ini adalah unsur yang paling stabil di antara
unsur-unsur yang lain, sehingga dijadikan patokan dalam mengukur satuan massa
atom.
16
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
2.6 Pembuatan Membran Keramik
Umumnya, proses fabrikasi membran keramik berpori terdiri atas tiga tahapan
yaitu 1) pembentukan suspensi partikel, 2) pembuatan suspensi partikel menjadi
precursor membran dengan bentuk tertentu seperti flat-sheet , monolith atau
tubular dan (3) konsolidasi membran keramik dengan perlakuan panas pada suhu
tinggi (Li 2007).
Metode yang lazim dilakukan dalam pencetakan membran keramik adalah slip
casting, tape casting, extrusion dan pressing. Proses pelapisan dilakukan dengan
teknik dip-coating, sol-gel, Chemical Vapor Deposition (CVD) atau proses
Evaporative Vapour Deposition (EVD). Diameter pori membran keramik untuk
mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi bervariasi dari 0,01 sampai 10 μm. Biasanya
membran membran untuk mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi dibuat dengan cara slip
coating-sintering. Cara lainnya yaitu metode sol-gel dapat digunakan untuk
membuat membran keramik dengan ukuran pori dari 10 sampai 100 μm. Pada
proses slip coating-sintering membran keramik dibuat dengan cara menuangkan
dispersi butir halus material keramik dan suatu binder dan mencetaknya dalam
suatu mold dan selanjutnya disintering pada temperatur tinggi (Baker 2004).
Slip-casting Tape – casting Ekstrusi Pressing Proses sol-gel Slurry/ pasta
Pembentukan prekursor sintering Produk akhir (membran komposit) Produk akhir
(membran poroussimetrik yang biasa digunakan) sintering Pembentukan powder
17
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
2.5.1. Persiapan Slurry
Komponen utama yang digunakan untuk membran keramik adalah inorganic
powder, organic additives dan solvent. Faktor penting dalam pemilihan inorganic
powder adalah ukuran partikel, distribusi, dan bentuk partikel. Faktor-faktor ini
mempengaruhi porositas, ukuran pori dan distribusi ukuran pori pada produk
akhir. Organic additives, antara lain binders, plasticizers, lubricant, deflocculant,
antifoaming agent, promoters of porosity, water retention agent, antistatic,
chelating dan bactericide agent digunakan selama proses pembuatan, tujuannya
untuk mendapatkan sifat-sifat membran keramik yang dibutuhkan. Syarat utama
organic additives harus bisa terbakar tanpa meninggalkan abu dan tar. Pemilihan
dan kuantitas organic additives sangat penting karena berdampak pada sifat slurry,
sehingga mempengaruhi pemilihan metode fabrikasi (apakah extrusion, tape
casting, dip coating , dll) dan sifat produk akhir.Solvent (misalnya air, pelarut
organik , atau campurannya) harus mampu melarutkan senyawa organik yang
digunakan dan harus menguap. Karakteristik penguapan solvent berdampak pada
waktu pengeringan. Proses persiapan slurry tergantung pada ketebalan yang
diinginkan (pasta, slurry, suspensi), langkah-
, contohnya alumina dan zirconia) Agregasi
partikel slurry memiliki efek pada ukuran pori dan permeabilitas air produk akhir.
2.5.2. Proses sol – gel
18
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
Proses ini pertama kali dikenalkan oleh Leennaars dalam pembuatan membran
keramik jenis ultrafiltrasi. Proses ini mempunyai keuntungan diantaranya lebih
mudah mengontrol ukuran pori membran yang dihasilkan. Sol-sol koloid
merupakan larutan koloid dari zat-zat padat seperti Al2O3, SiO2TiO2, atau ZrO2.
Proses ini digunakan pada persiapan oksida-oksida yang akan dipakai. Suspensi
tercapai dengan sintesa partikel solid dalam liquid dari precursor organo metalik
(contohnya sol titania dan boehmite). Proses sol-gel digunakan pada pembuatan
membran alumina dengan diameter pori4–10 nm dari sol boehmite. Dalam hal ini,
polyvinyl alcohol dalam larutan dipboehmite meningkatkan reproducibility dan
menurunkan tingkat defect produk akhir membran alumina. Fabrikasi membran
nanofiltrasi memiliki persyaratan ekstra dibandingkan pembuatan membran ultra
dan mikrofiltrasi. Diantara persyaratan yangdimaksud adalah :
1. Masing-masing butiran dalam sintered ceramic harus berukuran kurang dari 10
nm. Ini bisa ditingkatkan dengan penambahan ion logam, misalnya La3+, untuk
membatasi membesarnya pori dan menghambat transformasi fasa.
2. Agregasi partikel saat keadaan sol harus dicegah, dengan penambahan
peptizing agent.Gambar 2.4 Memperlihatkan proses/metoda sol-gel dalam
pembuatan membran keramik
Proses Fabrikasi
Proses fabrikasi yang paling umum pembuatan membran adalah extrusion,
tapecasting , dip dan spin coating. Extrusion dan tape casting digunakan untuk
supportsistem, tape casting and dip coating digunakan untuk membran
19
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
mikrofiltrasi, dip dan spin coating dipakai pada membran ultra dan nano filtrasi.
Pada proses extrusi, pasta dipaksa melewati bukaan die sehinga terbentuk tubular
atau multichannel support. Green compact yang terbentuk dikeringkan pada
temperature kurang dari 100 oC untuk menghilangkan air. Tape casting digunakan
untuk membuat keramik yang tipis, datar dan rapat. Proses ini terbatas pada
ketebalan film yang didapat. Green compact yang terbentuk dari slurry sebagai
hasil relative movement antara „doctor blade’ dan support atau carrier. Umumnya,
kecepatan casting bervariasi dari 0.1 sampai 1.5 m/min. Setelah proses casting,
tape dikeringkan. Tape yang kering dipindahkan dari support dan sangat mudah di
handle karena karakteristik plastiknya. Dip coating digunakan untuk membran
multilayer. Sistem pendukung Permeabilitas yang digunakan harus lebih tinggi
dari lapisan membran (sedikitnya dengan faktor 10) sehingga ketebalan masingmasing lapisan harus setipis mungkin. Dua metode untuk formasi lapisan yaitu :
1. Capillary colloidal filtration
Disebut juga slip casting, dimana capillary suction dari subtrate membawa
partikel ke interface, subtrate kering kontas dengan dispersi ini dan permukaan
pori dibasahi oleh cairan dispersi.
2. Film coating
Dimana lapisan dispersi yang menempel terbentuk karena drag force yang
diusahakan oleh substrate selama keluar dari dispersion. Faktor kritis yang perlu
diperhatikan pada dip coating adalah viskositas slip, kecepatan coating dan waktu.
Proses pengeringan dimulai secara simultan dengan dip coating, saat substrate
20
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
mulai kontak dengan atmosfir yang humiditas relatifnya dibawah 100%. Pada
proses multi step yaitu setelah kalsinasi lapisan pertama dilakukan pengulangan
dipping secara komplet dan diikuti lagi dengan pengeringan dan kalsinasi.
Contohnya alumina coating dengan ukuran pori rata-rata 100 nm dipersiapkan
dari suspensi (dalam air) yang tersedia secara komersial yaitu alumina submicron
dalam bentuk powder dengan diameter rata-rata yaitu 500 nm. Semakin tipis slip,
makin kritis langkah pengeringan untuk pembentukan membran yang bebas
defect/cacat. Pengeringan juga berefek pada formasi akhir dari mikro struktur
membran. Umumnya, pengeringan berlangsung pada temperatur rata-rata 80–
350oC, dan akan menghasilkan membran hybrid organic – inorganik. Perlakuan
pengapian (kalsinasi dan sintering) akan memperkuat keramik dan membantu
membran melekat kuat pada penyangga pori. Tujuannya adalah memperbaiki
mikro struktur dengan neck-formation, yang terdiri atas dua tahap yaitu:
nsifikasi dan
pertumbuhan butiran. Dalam sintering digunakan temperatur rendah tapi harus
mencapai titik leleh keramik. Kalsinasi dan sintering pada temperatur yang relatif
rendah (300–400oC) dan waktu singkat tidak akan menghasilkan membran yang
stabil secara termal. Profil temperature yang dipakai untuk pengapian merupakan
hal yang kritis, terlebih jika support dan material support membran berbeda. Hal
ini akan berdampak pada ukuran pori dan komposisi fase akhir. Sebagai contoh,
transisi fasa dari alumina ke-αalumina yang berlangsung pada temperatur di atas
21
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
1000oC. Penambahan zat lain misalnya lanthanum oxide atau titania dapat
mengubah temperatur ini. Lanthanum oxide diamati dapat meningkatkan
temperatur saat berlangsungnya transformasi fasa, sedangkan titania menurunkan
temperatur transformasi fasa. Penurunan porositas dapat meningkatkan ukuran
pori dengan pemanasan membran secara terkontrol padarentang temperatur 400 –
1000 oC.
2.6 Penelitian Pendukung
1. Malekpour et. al. (2011) melakukan penelitian desalinasi larutan garam
dengan menggunakan membran keramik zeolit LTA dan MFI. Jenis membran
yang dibuat adalah flat membran dengan dimensi membran yang dibuat
berdiameter 20 mm dan tebal 1,2 mm. Proses distilasi dilakukan dengan metode
pervaporasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran keramik zeolit dapat
memisahkan senyawa organic dan ion dari larutan.
2. Fatmasari, dkk. (2012) melakukan penelitian pemanfaatan abu sekam
padi sebagai bahan baku pembuatan membran untuk desalinasi air laut. Abu
sekam padi dipanaskan sampai suhu 600 oC untuk diambil silikanya. Silika dari
abu sekam padi digunakan sebagai bahan baku pembuatan membran
Untuk pemanfaatan TiO2 membran layer telah dilakukan oleh Saffaj et al
(2012) untuk menghilangkan senyawa racun pada air buangan. Sebagai
penyokong membran digunakan keramik dengan bahan dasar clay. Xie et al.
22
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016
(2012) melakukan penelitian pemisahan larutan garam dengan menggunakan
membran hybrid PVA-MA dan silica dengan menggunakan metode pervaporasi.
3. Nigiz and Himioglu (2013) melakukan penelitian desalinasi air laut
dengan menggunakan membran sodium alginate (NaAlg) – zeolit 3A dengan
ukuran 0,3 nm. Membran dibuat dengan secara inverse fasa dari NaAlg dengan
matrik zeolit 3A. Metode yang digunakan adalah pervaporasi, tekanan atas
membran dijaga pada tekanan atmosferis, sedangkan pada bagian bawah dijaga 30
mbar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi kadar zeolit 3A maka
akan semakin tinggi fluks dan koefisien rejeksinya.
4. Hamad et al. (2013) melakukan ultrafiltrasi sebagai treatment awal untuk
proses desalinasi air laut dengan metode reverse osmosis (SWRO). Ma’ruf dan
Mulyadi (2014) telah berhasil membuat membran keramik dari zeolit alam dengan
menggunakan tepung beras sebagai binder untuk mikrofiltasi.
5. Darsono.,Sugiarto Danu.,danTamzil Las, 2000 melaporkan bahwa
Konsentrasi PVA berpengaruh sangat nyata terhadap densitas dan kuat tekan
komposit, dan adanya rongga-rongga udara karena rendahnya kandungan PVA
dalam campuran komposit zeolit-PVA menyebabkan rendahnya sifat mekanik
kompo.
23
Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016