PEMISAHAN GAS DENGAN MEMBRAN BERPORI Membran adalah thin film dari suatu material berpori (porous material) yang dapat digunakan untuk beberapa pemisahan kimia Walaupun banyak membran terbuat dari lapisan polimer, membran dapat dibuat juga dari keramik, fiber karbon, dan substrat metal berpori

POROSITAS MEMBRAN Pori-pori dapat berkisar mulai dari dimensi atomik(<10 amstrong) sampai 100 mikron. Pori-pori yang kecil dari membran dapat berfungsi sebagai barier atau penghalang secara fisik, sehingga menghalangi material tertentu misalnya kristal garam, bakteri dan virus ketika ikut masuk bersama suatu material gas atau air. Industri tradisional seperti pemisahan gas, produksi kima dan pemurniah, industri makanan, pengolahan limbah cair dan produksi obat-obatan akan berperan dalam merubah kegunaan komponen membran berpori.

INTERAKSI PERMUKAAN DAN FENOMENA MEMBRAN Molekul-molekul permukaan dan gas dapat dianggap sebagai titik masa yang saling berinteraksi dan dapat dijelaskan sebagai sifat fungsi potensial. Permukaan tambahan terhadap temperatur telah dijelaskan pada persamaan diferensial Langevin

PEMISAHAN GAS SECARA DIFUSI MEMBRAN TELAH DITEMUKAN OLEH Graham pada tahun 1829. Secara kasar membran dapat dibagi menjadi dua grup: dense membranes dan porous membranes. Pada dense membranes, komponen gas terlarut di dalam materi membran pada permukaan membran. Lalu komponen gas tersebut berdifusi ke sisi sebaliknya dimana mereka akan lepas ke udara (solution - diffusion - model). Pada porous membranes, komponen gas didifusikan oleh "arus" melalui kapiler di dalam material.

Mekanisme Transportasi pada Kapiler Sistem transportasi di dalam kapiler tergantung dari diameter pori, ukuran molekul, dan temperatur. Mekanismenya dapat dikarakterisasikan oleh "Knudsen number" Kn, dalam hal ini adalah perbandingan antara "mean free path" atau jarak bebas rata-rata dan diameter dari pori-pori. Dengan meningkatnya Knudsen number maka perbedaan arus regimes adalah:

Hagen-Poisseulle flow (viscous flow)(a) Hagen-Poisseulle flow with slip Knudsen diffusion (b) Effusion Surface diffusion (c) Multilayer diffusion (d) Capillary condensation (e) Sieving (f)

KNUDSEN NUMBER Pada Knudsen number yang kecil (pori-pori yang besar dan tekanan yang tinggi), interaksi antara gas dan gas lebih penting daripada interaksi antara gas dan permukaan dan fluida dapat digambarkan sebagai continuum mechanics dan persamaan Hagen-Poisseulle untuk gas ideal, Ketika Knudsennumber meningkat, arus akan mencapai daerah "Hagen-Poisseulle relationwith slip": (Scott)

Semua gas ditransportasikan dengan kecepatan yang sama dan tidak terjadi pemisahan. Jadi arus laminar tidak memenuhi syarat untuk pemisahan dengan membran. Jika mean free path mempunyai orde yang sama dengan diameter pori-pori, maka transportasi dapat digambarkan sebagai Knudsen diffusion. Sekarang interaksi antara gas dan permukaan lebih mendominasi tingkah laku molekul gas.

Karena interaksi yang lemah dari molekul gas, aliran dari komponen gas yang berlainan dianggap independent satu sama lain. Faktor pemisahan yang ideal untuk binary mixtures dapat tercapai saat tekanan menuju ke bawah (downstream) diabaikan.

Pembagian terjadi karena adanya perbedaan massa molekular dari masing-masing bagian (species). Jika panjang capillary dapat diabaikan, hasil aliran dari komposisi dua currentcounter molecular effusion streams tidak menjadi menggangu, Dari hasil ini, hukum Graham untuk isobarik counterdiffusion dapat ditentukan [Graham 1829]:

Pada kasus ini jenis gas dipisahkan karena perbedaan affinities-nya terhadap material membran. Sekarang hubungan antara radius pori-pori dan interaksi potensial menjadi penting, karena penambahan potensial pada kedua dinding merubah bentuk dari hasil potensial: Untuk pori-pori diameter yang besar, daerah dengan probabilitas yang besar adalah pada potensial cukup dalam pada sepanjang dinding, sedangkan untuk pori-pori yang kecil daerah tersebut adalah pada bagian tengah pori-pori.

Persamaan ini valid untuk pori-pori yang berukuran makroskopis, tapi tidak jelas apakah cukup valid untuk pori-pori yang untuk ukuran molekular karena tegangan permukaan dan sudutnya sulit untuk didefinisikan. Jika diameter dari pori-pori semakin mengecil dari diameter satu jenis molekul gas, pemisahan oleh sieving molekul terjadi seperti pada teknik filtrasi klasik. Sebagai contoh, sieves molekular dengan definisi yang ukuran pori-pori yang jelas dapat dikonstruksi dengan zeoliths (molecular sieves). 

REFERENCE: http://www.swl.rwth-aachen.de/jan/jan.html http://www.ceic.unsw.edu.au/staff/Vicki_Chen/memtech.htm http://www.elsevier.nl http://www.tsinghua.edu.cn/docsn/clx/lilt/research_en/membrane_en.htm http://www.scirus.com/search_simple/?frm=simple&query_1=%28membrane+AND+technology%29+AND+%28%22gas+separation%22%29 http://www.scirus.com/search_simple/