proses-proses membran Lengkap
8:24 AM
Edit
• Microfiltration (MF)
1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses microfiltration berdasarkan pada perbedaan tekanan (P) yaitu hydrostatic pressure berkisar antara 0.05-0.2 MPa. Proses microfiltration dengan tekanan rendah dapat digunakan untuk memisahkan padatan yang menekankan pada pemisahan endapan partikel (suspended particle) yaitu pemisahan berdasarkan perbedaan ukuran partikel dengan tekanan ˂ 2 bar. Permeabilitas atau sample water flux atau hasil yang dilewatkan oleh permeat pada proses microfiltration adalah 5000 L/m2h pada tekanan 1 bar.2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses microfiltration adalah symmetric porous membrane dengan ukuran pori-pori 0.1–10 µm dengan tebal antara 10 sampai 150 μm. Biasanya memiliki struktur seperti spons (sponge structure). Microfiltration dapat menahan koloid, mikroorganisme dan suspenden solid dan bahan-bahan yang ukurannya lebih kecil dibandingkan dengan rata-rata ukuran pori karena penahan adsorptive3. Aplikasi
Aplikasi microfiltration di bidang teknik biosistem diantaranya adalah pemurnian air untuk menghilangkan mikroorganisme, separasi gas pengolahan air limbah menggunakan polimer polysulfone (PS) dan selulosa asetat, pemisahan biomassa, biodegaradasi bahan organik dari air limbah. Selulosa asetat bersifat hidrofilik, yaitu dapat berinteraksi dengan air, dapat menahan bakteri karena ada lapisan air sehingga bakteri tidak menempel, namun tidak tahan terhadap perubahan pH sehingga harus ada pH yang netral. Apikasi lainnya yaitu untuk pemisahan sel/biomassa/bioreaktor, air ultra-bersih, recovery metal sebagai oksida atau hidroksida koloid, fermentasi kontinu, pemisahan emulsi air-minyak, waste-water treatment, plasma-pheresis dan lainnya.• Ultrafiltration (UF)
Ultrafiltrasi adalah suatu proses membran yang sifatnya terletak antara hiperfiltrasi (atau osmosis berlawanan atau kebalikan) dan mikrofiltrasi berdasarkan ukuran molekul dengan menggunakan perbedaan tekanan antar membran sebagai gaya dorong. Aliran dari dan ke membran dapat terjadi karena adanya perbedaan tekanan dikedua permukaan membran.1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses ultrafiltration cenderung sama seperti proses microfiltration yaitu berdasarkan pada perbedaan tekanan (P) yaitu hydrostatic pressure, namun terdapat perbedaan pada kisarannya yaitu antara 0.1–0.5 MPa. Proses ultrafiltration dengan tekanan rendah dapat digunakan untuk memisahkan padatan yang menekankan pada pemisahan matrik molekul (matric molecules) pada tekanan ˂ 1.0 MPa. Permeabilitas atau sample water flux atau hasil yang dilewatkan oleh permeat pada proses ultrafiltration adalah 5000 – 1000 L/m2h pada tekanan 1 bar.2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses ultrafiltration adalah asymmetric porous membrane atau membran porous yang mempunyai stuktur asimetrik dengan ukuran pori-pori 2–10 nm, Membran yang paling banyak digunakan secara komersial dalam proses ultrafiltrasi dibuat dengan menggunakan proses inversi fasa. Biasanya memiliki struktur seperti spons (sponge structure) dan berjari (finger structure), dimana mampu memisahkan koloid, makro molekul, mikroorganisme, dan partikel penerima yang akan mengalami pengaruh muatan. Prinsip pemisahannya adalah mekanisme sieving.3. Aplikasi
Aplikasi ultrafiltration di bidang teknik biosistem cenderung memiliki kesamaan dengan proses microfiltration, diantaranya adalah separasi atau pemisahan gas pengolahan air limbah menggunakan beberapa polimer diantaranya polysulfone (PS), selulosa asetat, polyvinylidene diflouride (PVDF), dan polyacrylonitrile (PAN). Polysulfone mempunyai stabilitas kimia dan termal yang sangat baik dan diindikasikan dengan nilai Tg (temperatur perubahan keadaan dari sifat karet ke sifat gelas) yang cukup tinggi yakni sekitar 190ºC dan 230ºC. Polimer ini banyak digunakan secara luas sebagai membran ultrafiltrasi dan sebagai bahan penopang pada membran komposit.Sedangkan selulosa asetat bersifat hidrofilik, yaitu dapat berinteraksi dengan air, dapat menahan bakteri karena ada lapisan air sehingga bakteri tidak menempel, namun tidak tahan terhadap perubahan pH sehingga harus ada pH yang netral. Dan polimer polyacrylonitrile (PAN) bersifat hidrofobik yaitu tidak dapat berinteraksi dengan air sehingga bakteri mudah menempel. Aplikasi lainnya pada proses ultrafiltration adalah pemisahan biomassa, biodegaradasi bahan organik dari air limbah, pemekatan susu, pembuatan keju, pengambilan protein whey, klarifikasi jus buah dan alkohol. Membran ultrafiltrasi juga banyak digunakan pada industri obat–obatan, tekstil, kimia, metalurgi dan kertas.
• Diafiltration
1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses diafiltration cenderung sama seperti proses ultrafiltration yaitu berdasarkan pada perbedaan tekanan (P) yaitu hydrostatic pressure berkisar antara 0.1–0.5 MPa.2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses diafiltration adalah Asymmetric porous structure dengan ukuran pori-pori 2–10 nm, biasanya memiliki struktur seperti spons (sponge structure) dan berjari (finger structure).3. Aplikasi
Aplikasi diafiltration di bidang teknik biosistem adalah purifikasi campuran molekul.• Reverse Osmosis (RO)
Reverse osmosis adalah proses pemisahan dengan membran berdasarkan gaya dorong tekanan, digunakan untuk memisahkan zat terlarut yang memiliki berat molekul yang rendah seperti garam anorganik atau molekul organik kecil seperti glukosa dan sukrosa dari larutannya.1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses reverse osmosis yaitu berdasarkan pada perbedaan tekanan (P) yaitu hydrostatic pressure berkisar antara 1–10 MPa. Pada proses reverse osmosis membutuhkan tekanan yang tinggi yaitu > 5-10 MPa.2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses reverse osmosis adalah asymmetric skin type solution-diffusion atau dengan kata lain, prinsip pemisahannya dengan menggunakan solution-diffusion, biasanya memiliki pori–pori yang seragam. Fluks permeat dan selektifitas merupakan faktor yang penting pada membrane reverse osmosis. Fluks permeat dapat ditingkatkan dengan cara mengurangi ketebalan membran. Untuk itu pada umumnya, membran RO mempunyai struktur asimetrik dengan lapisan atas (skin) yang tipis dan dense serta matrik penyokong dengan tebal 50 sampai 150 μm. Tahanan ditentukan oleh lapisan atas yang dense.Modul membrane yang dipilih untuk dapat menahan tekanan pada proses reverse osmosis biasanya adalah spiral wound, flat sheet dan hollow fiber. Spiral wound tahan pada tekanan 40-60 bar. Flat sheet kurang dapat menahan tekanan namun tetap dapat digunakan. Sedangkan hollow fiber tahan terhadap tekanan, namun yang lebih baik diantara ketiga modul membran tersebut, spiral wound yang paling baik. Material membran sangat berpengaruh pada efisiensi pemisahan. Material yang digunakan pada proses ini diusahakan memiliki afinitas yang besar terhadap pelarut (air) dan afinitas yang rendah terhadap larutan. Pemilihan material menjadi sangat penting karena secara langsung akan menentukan sifat intrinsik membran.
3. Aplikasi
Aplikasi reverse osmosis di bidang teknik biosistem adalah desalinasi air laut atau pengolahan air laut, sungai dan limbah agar menjadi air bersih dari kontaminan, dapat menghilangkan ion monovalen misalnya pada pemisahan garam yaitu larutan NaCl Na+ + Cl- , + pada Na adalah monovalen. Teknologi Reverse Osmosis ini telah digunakan untuk menyaring air laut menjadi air murni sejak tahun 1970. Dan di Amerika sudah sejak lama digunakan di rumahan. Selain itu Reverse osmosis juga digunakan dalam beberapa proses campuran air di dalam pabrik yang memproduksi makanan dan minuman, sebagai filter air dan juga untuk meningkatkan pertumbuhan ikan.Keunggulan RO yang paling superior dibandingkan metode-metode pemisahan lainnya yaitu kemampuan dalam memisahkan zat-zat dengan berat molekul rendah seperti garam anorganik atau molekul organik kecil seperti glukosa dan sukrosa. Keunggulan lain dari RO ini yaitu tidak membutuhkan zat kimia, dapat dioperasikan pada suhu kamar, dan adanya penghalang absolut terhadap aliran kontaminan, yaitu membran itu sendiri. Selain itu, ukuran penyaringannya yang mendekati pikometer, juga mampu memisahkan virus dan bakteri. Teknologi RO cocok digunakan dalam pemurnian air minum dan air buangan. Di bidang industri, teknologi RO dapat digunakan untuk memurnikan air umpan boiler. Selain itu, Karena kemampuannya dalam memisahkan garam-garaman, teknologi reverse osmosis cocok digunakan dalam pengolahan air laut menjadi air tawar (desalinasi).
• Forward Osmosis (FO)
Forward osmosis (FO) adalah sebuah teknik pemisahan yang menggunakan tekanan osmotik rendah ke tekanan osmotik tinggi melalui membran semipermeabel. Pada proses menggunakan forward osmosis menggunakan suhu dan tekanan yang rendah sehingga biaya yang dibutuhkan juga rendah.1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses forward osmosis yaitu berdasarkan pada perbedaan konsentrasi (C) yaitu concentration gradient2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses forward osmosis adalah thin film composite membrane. Teknik pemisahan dengan menggunakan mekanisme solution and diffusion. Pada forward osmosis, membran berada diantara feed (umpan) dan permeate (flux) atau hasil yang dapat diteruskan oleh membran tersebut.3. Aplikasi
Aplikasi forward osmosis di bidang teknik biosistem adalah untuk desalinasi, pengolahan air limbah, dapat digunakan juga pada industri makanan dan obat-obatan. Pada industri makanan, forward osmosis dapat digunakan untuk menjaga kualitas makanan dan menjaga nilai nutrisi seperti rasa, aroma, warna dan vitamin. Pada industri obat-obatan, forward osmosis dapat digunakan untuk mengontrol obat-obatan• Dialysis
1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses dialysis yaitu berdasarkan pada perbedaan konsentrasi (C) yaitu concentration gradient. Prinsip kerja distilasi membran secara umum ialah mengontakkan suatu larutan umpan yang akan dipisahkan di salah satu sisi membran (sisi umpan), di sisi yang lain dialirkan suatu fluida pendingin, yang bisa berupa cairan atau gas untuk menarik molekul uap air dari pori-pori membran tersebut. Dengan demikian fraksi mol uap air di sisi permeat selalu lebih kecil dari pada sisi umpan. Sehingga selalu terjadi perpindahan massa dari sisi umpan ke sisi permeat. Jika fluida pendingin yang mengalir di sisi permeat adalah fasa cair, maka sebagai gaya dorong perpindahan massa adalah perbedaan tekanan uap.2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses dialysis adalah symmetric porous membrane atau pori-pori simetris dengan struktur jenis gel. Teknik pemisahan dengan menggunakan mekanisme diffusion. Pada proses dengan distilasi membran dilakukan pemisahan dengan media kontak membran hidrophobik berpori. Proses tersebut terutama ditujukan untuk pemekatan larutan. Keuntungan proses ini dibandingkan dengan proses membrane lainnya adalah, tidak adanya masalah fouling dan tidak diperlukan tekanan tinggi. Membran hanya berfungsi sebagai barrier atau penghalang bagi kedua zat yang akan dipisah. Sedangkan modul yang digunakan dalam proses distilasi membran adalah bentuk plate, tubular, atau hollow fiber. Pemilihan konfigurasi membran, begitu juga penyusunan modul di dalam sistem biasanya didasarkan pada pertimbangan ekonomi agar biaya sekecil mungkin.3. Aplikasi
Aplikasi dialysis di bidang teknik biosistem adalah untuk memisahkan garam dan microsolute dari larutan yang mengandung makromolekul. Contoh penggunaan dialisis yang penting adalah pada proses cuci darah (haemodialysis). Hemodialisis adalah sebuah terapi medis. Kata ini berasal dari kata haemo yang berarti darah dan dialisis yang berarti dipisahkan. Hemodialisis merupakan salah satu dari Terapi Penggganti Ginjal, yang digunakan pada penderita dengan penurunan fungsi ginjal, baik akut maupun kronik.Prinsip dasar dari Hemodialisis adalah dengan menerapkan proses osmosis dan ultrafiltrasi pada ginjal buatan, dalam membuang sisa-sisa metabolisme tubuh. Hemodialisis dapat dikerjakan untuk sementara waktu (misalnya pada Gagal Ginjal Akut) atau dapat pula untuk seumur hidup (misalnya pada Gagal Ginjal Kronik).
• Electrodialysis
Elektrodialisis (ED) adalah proses pemisahan secara elektrokimia dengan ion-ion berpindah melintasi membran selektif anion dan kation dari larutan encer ke larutan yang lebih pekat akibat aliran arus listrik searah. Arus listrik searah atau DC dapat diperoleh dari arus AC menjadi DC menggunakan suatu converter.1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses electrodialysis berdasarkan pada perbedaan potensial listrik (E) yaitu electrical potential, dimana pada membran terdapat muatan positif (+) dan muatan negatif (-). Prinsip pemisahan menggunakan mekanisme donnan exclusion.2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses electrodialysis adalah symmetric ion-exchange membrane atau membran perpindahan ion yang simetris. Membran electrodialysis adalah penghantar listrik dan tidak tembus air dan merupakan resin yang dibentuk sebagai lembaran, yang dapat selektif anion atau kation. Semenjak polimer penukar ion dapat larut dalam air, maka diperlukan suatu crosslinking untuk mencegah pelarutan dari membran penukar ion.Biasanya crosslinking yang dipergunakan adalah divinylbenzene. Membran electrodialysis terdiri dari membran penukar anion dan membran penukar kation. Membran penukar anion berisi kation sehingga bertindak sebagai barrier (pembatas) bagi kation, dan membran penukar kation berisi anion bersifat sebagai barrier (pembatas) bagi anion.
3. Aplikasi
Aplikasi electrodialysis di bidang teknik biosistem adalah untuk desalinasi air payau, pemekatan air laut, desalinasi air laut, demineralisasi air dadih (whey), recovery metal dan air dari air pencuci electroplating, desalinasi pendingin tower, recovery asam dan basa dari buangan pengasaman asam, demineralisasi larutan anggur, demineralisasi larutan gula dan untuk memproduksi asam dan basa dari garam-garam.• Electrodialytic Water Splitting
1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses dialysis yaitu berdasarkan pada perbedaan potensial listrik (E) yaitu electrical potential. Prinsip kerja electrodialytic water splitting mengguankan mekanisme donnan exclusion2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses electrodialytic water splittingadalah bipolar membrane
3. Aplikasi
Aplikasi electrodialytic water splitting di bidang teknik biosistem adalah untuk memproduksi asam dan basa dari garam-garam.• Membrane Distillation
Pada proses dengan distilasi membran dilakukan pemisahan dengan media kontak membran hidrophobik berpori. Proses tersebut terutama ditujukan untuk pemekatan larutan. Keuntungan proses ini dibandingkan dengan proses membrane lainnya adalah, tidak adanya masalah fouling dan tidak diperlukan tekanan tinggi. Membran hanya berfungsi sebagai barrier atau penghalang bagi kedua zat yang akan dipisah.1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses membrane distillation yaitu berdasarkan pada perbedaan tekanan uap yaitu vapor pressure. Prinsip kerja membrane distillation mengguankan mekanisme diffusion atau difusi. Prinsip kerja distilasi membran secara umum ialah mengontakkan suatu larutan umpan yang akan dipisahkan di salah satu sisi membran (sisi umpan), di sisi yang lain dialirkan suatu fluida pendingin, yang bisa berupa cairan atau gas untuk menarik molekul uap air dari pori-pori membran tersebut. Dengan demikian fraksi mol uap air di sisi permeat selalu lebih kecil dari pada sisi umpan. Sehingga selalu terjadi perpindahan massa dari sisi umpan ke sisi permeat. Jika fluida pendingin yang mengalir di sisi permeat adalah fasa cair, maka sebagai gaya dorong perpindahan massa adalah perbedaan tekanan uap. Sistem seperti ini ada 2 macam yaitu tipe Direct Contact (DCMD) dan tipe Air Gap Membrane Distillation (AGMD).Pada tipe AGMD terdapat ruang kosong atau gap udara dan pelat pendingin yang diletakkan sebelum aliran cairan. Pada kedua tipe ini kondensasi uap air langsung terjadi di dalam modul. Jika fluida yang mengalir pada sisi permeat berupa fase gas, maka sebagai gaya dorong perpindahan massa adalah perbedaan tekanan patial. Untuk tipe ini juga ada dua macam yaitu tipe Low Pressure (LPMD) dan tipe Sweeping Gas Membrane Distillation (SGMD). Pada kedua tipe ni kondensasi uap air terjadi di luar modul membran
2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses membrane contactor adalah symmetric porous hydrophobic membrane atau struktur pori-pori simetris hidrofobik. Modul yang digunakan dalam proses distilasi membran adalah bentuk plate, tubular, atau hollow fiber. Pemilihan konfigurasi membran, begitu juga penyusunan modul di dalam sistem biasanya didasarkan pada pertimbangan ekonomi agar biaya sekecil mungkin. Untuk memenuhi hal tersebut beberapa aspek harus dipertimbang kan antara lain jenis umpan yang akan dipisahkan, kemudian operasional, kemungkinan scale up, kemudahan pembersihan dan pemeliharaan membran. Modul membran hollow fiber biasanya digunakan untuk proses yang umpannya cukup bersih.3. Aplikasi
Aplikasi membrane distillation di bidang teknik biosistem adalah untuk pemisahan solid atau liquid.• Membrane Contactor
Secara umum proses absorpsi dilakukan menggunakan kontaktor gas-cair. Perpindahan massa kontaktor gas-cair diperoleh dengan kontak langsung dan dispersi satu fasa ke fasa yang lainnya. Kontaktor industri diklasifikasikan ke dalam tiga kategori tergantung pada fasaTerdispersinya diantaranya adalah :
- • Kontaktor dimana cairan mengalir sebagai film tipis (contoh: packed column, disc contactors)
- • Kontaktor dimana gas didispersikan ke dalam fasa cairan (contoh: plate column, bubble column, mechanically agitated contactors)
- • Kontaktor dimana cairan didispersikan ke dalam fasa gas (contoh: spray column, venturi scrubbers)
1. Tenaga pendorong (driving force)
Tenaga pendorong (driving force) yang digunakan dalam proses membrane contactor yaitu berdasarkan pada perbedaan tenaga kimia yaitu chemical potential. Prinsip kerja membrane contactor mengguankan mekanisme solution-diffusion atau difusi larutan. Perpindahan massa suatu komponen dari fasa gas ke dalam cairan yang mengalir di dalam membran hollow fiber terdiri dari tiga tahap, yaitu difusi solute dari fasa bulk gas ke permukaan membran, difusi melalui pori membran ke 84 permukaan cairan, dan difusi dari permukaan cairan ke fasa bulk cairan2. Jenis membran
Jenis membran yang digunakan dalam proses membrane contactor adalah symmetric porous or liquid membrane atau struktur pori-pori yang simetris.3. Aplikasi
Aplikasi membrane contactor di bidang teknik biosistem adalah untuk ekstraksi solven. Saat ini, teknologi membran kontaktor bergerak ke arah pemakaian dual hollow fiber membrane untuk proses absorsi dan desorpsi secara simultan. Saat ini, pemakaian membran kontaktor hanya digunakan pada proses absorpsi, sedangkan proses regenerasi dilakukan dengan menggunakan temperatur tinggi untuk melepaskan gas CO2 dari cairan absorben. Dari sisi energi, hal ini sangat tidak efisien. Oleh karena itu,dikembangkan proses desorpsi yang juga dilakukan melalui membran.Beberapa perusahaan yang telah menggunakan membran kontaktor gas atau cair untuk pemisahan CO2 secara komersial :
a. Kvaerner Oil & Gas and W.L. Gore & Associates GmbH mengembangkan membran gas absorpsi untuk pemisahan gas asam dari gas alam dan gas buang dari turbin gas offshore. Pada proses ini, membran hollow fiber PTFE digunakan dengan pelarut fisik (Morphysorb) dan kimia (alkanolamine)
b. TNO Environment Energy and Process Innovation (Belanda) telah mengembangkan proses MGA untuk pemisahan CO2 dari gas buang menggunakan membran PP hollow fiber. Pelarut yang digunakan disebut CORAL yang merupakan campuran garam dan asam amino.