Bab I Pendahuluan I.1 Latar Belakang Pada tiga dekade terakhir

Bab I
Pendahuluan
I.1
Latar Belakang
Pada tiga dekade terakhir proses pemisahan dengan membran banyak dipakai
dalam berbagai industri. Penggunaan membran secara komersial dalam skala
besar telah menggeser proses-proses pemisahan secara konvensional karena
proses pemisahan dengan membran lebih efisien, baik dari sisi energi maupun
modal yang dibutuhkan1. Proses-proses pemisahan dengan membran di industri
banyak menggunakan bahan polimer organik. Hal ini karena harganya relatif
murah dan proses pembuatannya relatif sederhana. Namun membran polimer
mempunyai beberapa kelemahan seperti selektivitas yang rendah, tidak stabil pada
suhu tinggi dan pada pH yang ekstrem, serta mengalami dekomposisi dalam
pelarut organik2.
Selain membran polimer organik, membran anorganik juga banyak digunakan.
Membran jenis ini mempunyai beberapa keunggulan dibandingkan dengan
membran polimer organik, yaitu stabilitas termal dan kimia yang baik, fluks yang
tinggi, kekuatan mekanik yang baik dan masa pakai yang lebih lama. Keunggulankeunggulan tersebut telah mendorong pengembangan membran anorganik dalam
bidang pembuatan maupun aplikasinya.
Beberapa jenis membran anorganik antara lain adalah membran silika (SiO2),
alumina (Al2O3), titania (TiO2), dan zirkonia (ZrO2)3. Membran anorganik dengan
bahan dasar silika dan alumina telah banyak dikembangkan dan diaplikasikan
untuk pemisahan. Pengembangan membran anorganik nonsilikat seperti zirkonia
menarik untuk dikaji karena di samping mempunyai potensi untuk aplikasi
nanofiltrasi dan ultrafiltrasi, juga mempunyai stabilitas termal dan ketahanan
kimia yang baik4. Membran zirkonia banyak dikembangkan baik sebagai
membran tunggal maupun komposit. Gestel et al2 telah berhasil membuat
membran keramik ZrO2 dan TiO2 untuk nanofiltrasi dan pervaporasi.
1
Asaeda et al5 membuat membran komposit berpori SiO2-ZrO2 dengan metode solgel melalui hot-coating pada pendukung membran alumina.
Selain zirkonia, bahan keramik nonsilikat lain yang dapat dimanfaatkan sebagai
bahan dasar membran adalah zirkon (ZrSiO4). Seperti halnya zirkonia, zirkon juga
memiliki stabilitas kimia yang tinggi6-8. Falamaki et al9 telah berhasil membuat
membran zirkon. Membran dibentuk dengan teknik uniaxial pressing dan disinter pada berbagai temperatur. Membran yang dihasilkan memenuhi sifat-sifat
yang diperlukan sebagai pendukung membran dan dapat juga diaplikasikan
sebagai
penyangga
katalis.
Pendukung
membran
yang
baik
memiliki
permeabilitas dan kekuatan mekanik yang tinggi, serta berpori.
Membran keramik ZrSiO4-ZrO2 juga telah berhasil dibuat dari serbuk zirkonia
monoklin dengan kandungan silika yang tinggi (11,5 %)6. Proses pembuatan
membran ini dilakukan dengan pelapisan (dip-coating) suspensi zirkonia pada
membran berpori alumina sebagai pendukung dan dilanjutkan dengan sintering.
Aluminon ditambahkan untuk mendapatkan suspensi zirkonia yang stabil.
Membran keramik ZrSiO4-ZrO2 yang dihasilkan memiliki kekerasan mikro
(microhardness) lebih tinggi dan kekasaran permukaan (surface roughness) yang
lebih rendah dibandingkan dengan membran yang dibuat dari zirkonia monoklin
dengan kemurnian tinggi.
Dalam penelitian ini akan dikaji pembuatan membran keramik ZrSiO4-ZrO2 dari
campuran serbuk ZrSiO4 dan ZrO2. Serbuk ZrSiO4 dipilih sebagai material utama
karena material ini belum dimanfaatkan secara maksimal. ZrSiO4 biasanya
dimanfaatkan dalam pembuatan bahan-bahan tahan panas dan tahan goresan,
pelapis keramik, permata, dan kristal. Membran dibuat secara uniaxial pressing,
dengan cara ini hanya diperlukan zat pengikat (binder) sebagai aditif sehingga
dapat menekan biaya produksi. Dengan kombinasi antara serbuk ZrSiO4 dan ZrO2
diharapkan dapat dihasilkan membran keramik dengan sifat-sifat yang unggul
secara kimia maupun fisika.
2
Membran ZrSiO4-ZrO2 yang dihasilkan akan dilapisi dengan partikel titanium(IV)
oksida (TiO2) berukuran nano yang sering disebut dengan titania untuk lebih
meningkatkan fungsinya. Partikel TiO2 berukuran nano telah diketahui
mempunyai aktivitas katalitik10. Aktivitas ini jika diterapkan pada membran
keramik akan diperoleh suatu membran yang mempunyai sifat katalitik.
Selanjutnya, dengan memperhatikan sifat material ZrSiO4, ZrO2, dan TiO2 yang
stabil pada temperatur tinggi, maka dalam penelitian ini dipelajari kemungkinan
penggunaan campuran ZrSiO4 dan ZrO2 yang dilapisi dengan TiO2 untuk
menghasilkan suatu membran keramik yang stabil secara termal dan kimia.
Dengan demikian, membran yang dihasilkan dapat dikembangkan lebih lanjut
menjadi membran katalitik. Keunggulan membran katalitik dibandingkan dengan
membran konvensional adalah membran katalitik dapat berfungsi sebagai media
pemisah sekaligus sebagai katalis dalam suatu reaksi kimia. Dengan demikian,
suatu reaksi kimia dapat dilakukan secara simultan dengan proses pemisahan
antara hasil reaksi dengan residu pereaksi.
I.2
Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari beberapa parameter dalam pembuatan
membran keramik ZrSiO4-ZrO2-TiO2. Parameter-parameter yang dikaji antara lain
komposisi ZrSiO4 dan ZrO2, serta temperatur sintering. Selanjutnya membran
yang dibuat dikarakterisasi. Karakterisasi yang dilakukan meliputi penentuan
permeabilitas air, rejeksi membran, dan analisis morfologi membran.
I.3
Ruang Lingkup
Ruang lingkup permasalahan yang akan dikaji pada penelitian ini dibatasi pada
kajian terhadap:
1. Parameter-parameter pembuatan membran keramik ZrSiO4-ZrO2, yang
meliputi penentuan komposisi campuran ZrSiO4 dan ZrO2, serta
temperatur sintering.
3
2. Kajian awal pembuatan membran katalitik melalui pelapisan serbuk TiO2
pada permukaan pendukung membran ZrSiO4-ZrO2.
3. Karakterisasi membran yang meliputi permeabilitas air, rejeksi membran,
dan analisis morfologi membran.
I.4
Hipotesis
1. Membran keramik ZrSiO4-ZrO2-TiO2 dapat dibuat dengan teknik uniaxial
pressing campuran serbuk ZrSiO4 dan ZrO2 dengan penambahan zat
pengikat poli(vinilalkohol) atau PVA, kemudian dilanjutkan dengan
sintering.
2. Pelapisan serbuk TiO2 pada permukaan pendukung membran ZrSiO4-ZrO2
dapat membentuk membran keramik ZrSiO4-ZrO2-TiO2.
3. Membran keramik ZrSiO4-ZrO2-TiO2 mempunyai karakteristik yang baik
untuk dapat dikembangkan lebih lanjut menjadi membran katalitik.
4