BAB II MATERIAL DAN SIFAT MEMBRAN

Presentasi berjudul: "BAB II MATERIAL DAN SIFAT MEMBRAN"— Transcript presentasi:

1 BAB II MATERIAL DAN SIFAT MEMBRAN
MAHRENI MEMBRAN BAB II PRODI TEKNIK KIMIA UPNVY 2013

2 Capaian pembelajaran Mahasiswa mampu menentukan jenis bahan atau material untuk jenis pemisahan mengunakan membran.

3 Jenis membran Membran sintetis (membran buatan manusia)
Membran alam (membran biologi) Membran sintetis dibagi menjadi 3 Membran organik (polimer organik) Membran anorganik (Gelas, keramik dan logam) Membran komposit organik-anorganik

4 Kinerja membran Permeasi (besarnya fluks yang dihasilkan)
Selektivitas (kemurnian produk) Fluks dan selektivitas ditentukan oleh jenis dan struktur membran

5 Bahan polimer Polimer adalah komponen yang mempunyai berat molekul besar tersusun dari unit unit dasar yang disebut monomer. Berat molekul polimer tergantung dari banyaknya unit monomer yang menyusun polimer. Sejumlah monomer berikatan membentuk rantai polimer. Banyaknya unit monomer yang menyusun polimer disebut derajat polimerisasi. Polimer yang sederhana adalah: polietilena yang tersusun dari monomer etena [CH2=CH2]. Dalam polimerisasi ikatan rangkap etena akan terbuka dan membentuk rantai panjang yang tersusun dari rantai linier

6 Polietilena ------[CH2---CH2---CH2---CH2----CH2-]n---------
Empat electron valensi atom karbon membentuk struktur tetrahedron sehingga ikatan diantara atom karbon akan membentuk sudut yang besarnya 109,5o C 109o

7 Tabel 2-1. Karakteristik polietilena sebagai fungsi berat molekul
Jumlah unit C2H4 Berat molekul Karakteristik pada 25oC 1 28 Gas 6 168 Cairan 200 5600 Lilin 750 21000 Plastik 5000 140000

8 Heteropolimer Heteropolimer atau kopolimer mempunyai unit unit ulangan yang berbeda terdiri dari dua monomer yang berbeda misalnya monomer A dan B berpasangan dengan pola yang berlainan tergantung rasio molar A dan B. Sebagai contoh karet sintetis NBR (Nitril- Butadiena- Stirena), ABS (Akrilonitril, Butadiena-Stirena), EVA (Etilena, Vinilasetat-Stirena), EVAL ( Etilena-Vinil alkohol) adalah heteropolimer atau kopolimer. Susunan kopolimer dapat bervariasi :

9 Susunan monomer dalam kopolimer
Kopolimer blok: --- AAAAAABBBBBBBBAAAAAAAAAAABBBBBBBBBB--- Kopolimer acak: --- AABABBABABAABAAABABBABAABBABBABAABB— Kopolimer cangkok (Graft copolymer): --- AAAAAAAAAAAAAAAAA B B

10 Skema variasi pembentukan makromolekul
Linier Cabang Ikatan silang

11 Stereokimia. Polimer vinil adalah hasil polimerisasi monomer vinil (H2C=CHR) merupakan polimer yang penting. Apabila gugus R (Alkil) diganti dengan H maka polimer tersebut adalah polietilena. Polimer vinil tersusun dari unit monomer –CH2-CHR- yang berulang ulang dimana grup samping adalah alkil (R). Jumlah atom C pada alkil berbeda. Alkil dapat berupa metil, etil atau propil. Tabel 2.2 menunjukkan beberapa polimer vinil yang penting yaitu dari polipropilena sampai dengan polivinilpirolidon.

12 Beberapa polimer vinil yang penting
Nama -R (Alkil) 1 Polipropilena -CH3 (metil) 2 Polibutilena -C2H5 (etil) 3 Polistirena -C6H5 (Phenil) 4 Poliakrilonitri -CN 5 Polivinilalkohol -OH 6 Polivinilklorida -Cl 7 Polimetakrilat O(CH3)C=O 8 Polivinilpirolidon

13 Susunan monomer Isotaktik, Ataktik dan Sindiotaktik.
Isotaktik: Gugus R terletak pada sisi yang sama pada rantai utama polimer. Ataktik: Apabila gugus R terletak acak pada rantai utama polimer. Sindiotaktik: Gugus R terletak pada sisi berselang seling tetapi beraturan pada rantai utama polimer.

14 Struktur ikatan kimia Isotaktik, Ataktik dan Sindiotaktik.

15 Pengaruh letak gugus R Letak gugus R berpengaruh terhadap kristalinitas polimer. Struktur Isotaktik dapat diramalkan berbentuk kristalin, sedangkan polimer yang struktur rantai ataktik adalah amorf (non kristalin). Sehingga polistirena ataktik dan polipropilena ataktik adalah amorfous. Polipropilena dan polistirena isotaktik adalah semikristalin. Derajat kristalinitas tidak hanya berpengaruh terhadap sifat mekanik dari polimer tetapi juga berpengaruh terhadap sifat permeabilitas polimer.

16 Bentuk cis-trans Polimer yang monomernya mempunyai ikatan rangkap akan membentuk isomer ikatan cis-trans. Polimerisasi 1,3-isoprena akan memungkinkan menghasilkan dua produk yaitu cis-1,4 poliisoprena dan trans 1,4 poliisoprena (lihat Gambar 2-5). Keduanya mempunyai sifat yang berbeda. Bentuk cis adalah karet alami dan dapat digunakan sebagai material membran. Sedangkan bentuk trans merupakan polimer termoplastik yang licin seperti kulit.

17 Cis-trans poliisoprena

18 Pengaruh struktur polimer terhadap sifat polimer
Fleksibilitas rantai. Fleksibilitas rantai polimer ditentukan oleh sifat rantai utama dan rantai cabang (rantai samping). Pada polimer vinil, rantai utama dibangun oleh rantai karbon jenuh atau ikatan tunggal (C-C). Rotasi pada rantai utama dapat terjadi sehingga rantai menjadi fleksibel. Polimer yang rantai utamanya dibangun oleh ikatan rangkap atau tidak jenuh, -C=C- maka rotasi tidak memungkinkan terjadi sehingga polimer bersifat rigid (kaku). Pada polimer butadiena rantai polimer adalah campuran ikatan tunggal dan ikatab ganda, (-C-C=C-C-), maka pada ikatan tunggal terjadi rotasi sedangkan rantai ganda tidak berotasi sehingga rantai polimer masih tetap fleksibel.

19 Efek substituen senyawa aromatik dan heterosiklik
Penambahan molekul heterosiklik dan molekul aromatik kedalam rantai utama polimer akan menurunkan fleksibilitas rantai utama. Penurunan fleksibilitas dibarengi dengan peningkatan stabilisasi terhadap bahan kimia dan termal. Polimer menjadi makin stabil terhadap serangan bahan kimia dan tahan terhadap suhu tinggi.

20 Efek substituen O, N Elemen lain yang dapat dimasukkan ke dalam rantai utama polimer (terikat pada atom C) adalah oksigen seperti pada poliester dan atom N pada poliamida. Efek adanya kedua atom (O dan N) di dalam rantai utama polimer dan terikat pada atom karbon akan meningkatkan fleksibilitas rantai.

21 Efek substituen aromatik, heterosiklik, O dan N apabila semuanya ada dalam polimer maka apabila aromatikdan heterosiklik mendominasi, rantai menjadi kaku. Aromatik poliamid adalah polimer yang kaku tetapi alipatik poliamid adalah polimer yang flesibel.

22 Polimer anorganik Polimer anorganik tidak mempunyai atom karbon pada rantai utama polimer. Salah satu contoh polimer anorganik adalah karet silicon. Unsur silica digunakan sebagai pengganti karbon. Polimer dibangun dari monomer - Si-O- . Grup lainnya adalah polipospazen. Polipospazena dibangun dari rantai yamg terdiri dari fosfor (P) dan N dengan unit monomer [-P=N-] dimana rantai –Si-O- sangat fleksibel sementara rantai –P=N- sangat kaku.

23 Berat Molekul. Panjang rantai polimer ditentukan oleh jumlah monomer yamg membangun rantai polimer dan semakin panjang rantai, berarti jumlah unit monomer semakin banyak. Berat molekul juga semakin besar. Panjang polimer menentukan berat molekul polimer. Dengan semakin panjang rantai polimer, maka jumlah interaksi antara rantai semakin meningkat dan interaksi antara rantai akan berpengaruh terhadap sifat fisika, kimia dan mekanik polimer. Gambaran interaksi antar rantai polimer dapat dilihat pada Gambar Entanglement (sangkutan antara rantai rantai polimer) dapat terjadi.

24 Sangkutan antara rantai polimer
Entanglement

25 Interaksi antar rantai.
Pada satu jenis polimer yang mempunyai rantai lurus atau bercabang interaksi antara rantai hanya disebabkan oleh gaya interaksi sekunder. sementara di dalam jaringan polimer dari berbagai jenis polimer, akan terjadi banyak gaya interaksi dan diantara rantai akan terikat satu sama lain membentuk ikatan kovalen. interaksi sekunder lebih lemah dibandingkan dengan gaya ikatan kovalen. Walaupun lemah gaya sekunder dapat mempenagruhi sifat sifat fisis polimer diantaranya sifat permebilitas polimer.

26 Gaya interaksi sekunder
Gaya dipole (Gaya Dibye). Gaya disperse (Gaya London). Ikatan hidrogen .

27 Kekuatan gaya gaya tersebut dan gaya kovalen dapat dilihat pada Tabel 2-3.
Tipe Gaya kJ/mol 1 Ikatan kovalen 400 2 Ionik 3 Ikatan hidrogen 40 4 Dipole 20 5 Dispersi

28 Efek gaya sekunder ikatan hidrogen
Ikatan hidrogen muncul apabila ada atom hidrogen yang terikat pada atom yang mempunyai muatan parsial negative yaitu atom yang mempunyai pasangan electron bebas (pasangan electron yang tidak digunakan untuk berikatan dengan atom lain) seperti misalnya atom Oksigen. Ikatan ini membentuk ikatan hidrogen: -O….H…. O; - N….H….O; dan –N….H….N-. Ikatan cukup kuat sehingga polimer sangat sulit larut seperti poliamida dan selulosa. Ikatan hidrogen berdampak positif terhadap kristalisasi.

29 Keadaan polimer. Polimer mempunyai dua fase (Glass and rubber), baik polimer amorfous maupun polimer kristal atau semikristal. Permeabilitas membran terhadap gas atau uap melalui membran mampat dipengaruhi oleh keadaan polimer. Fase gelas (glass) (kaku atau tidak elastis) Fase elastis (rubbery). Permeabilitas sangat rendah pada keadaan fase gelas dibandingkan dengan fase elastis (rubber).

30 Efek kristalinitas terhadap fluks untuk pemisahan gas.
Kristalinitas dapat mengurangi fluks permeat karena dapat disamakan dengan ikatan silang (fisical crosslink). Perpindahan masa gas di dalam membran cenderung melalui bagian amorfous dibandingkan melalui daerah kristalin.

31 Deformasi polimer Log E Tg T Fase Gelas Fase Elastis (rubber)

32 Suatu polimer di bawah suhu transisi (Tg) berupa polimer kaku artinya polimer tidak akan berubah bentuk apabila dikenai tekanan sebesar E. Apabila polimer dipanaskan sampai melebihi suhu transisi (Tg), maka akan ada perubahan bentuk polimer (mengembang) apabila dikenai tekanan (E). Pada keadaan ini polimer bersifat seperti karet (elastis). Jadi setiap polimer mempunyai suhu transisi yang berbeda. Hubungan antara E dan perubahan volume (lihat Gambar)

33 Hubungan suhu dan volume spesifik polimer
Vs Fase elastic (Rubber) Fase Gelas Tg T

34 Efek struktur terhadap suhu transisi (Tg)
Tg ditentukan oleh struktur rantai utama polimer. Untuk polimer yang rantai utamanya –C-C- (polimer vinil) sangat fleksibel seperti juga pada polimer yang rantai utamaynya adalah –C-O- atau –Si-O-. mempunyai Tg rendah. Apabila di dalam rantai utama polimer ada senyawa aromatic maka Tg akan naik secara dramatis. Seperti contohnya poliamida alipatik mempunyai Tg= 50o C tetapi poli(m-phenylene isopthalamide) atau Nomex Tg=273 oC. Polisulfone Tg= 190 oC,

35 Polimer vinil adalah polimer dengan rantai utama tunggal fleksibel: Perubahan Tg sangat signifikan apabila gugus samping berubah: Contohnya: pada polietilena mempunyai gugus samping H, nilai Tg= -120 oC. Polipropilena (gugus samping CH3 nilai Tg= -15 oC, apabila gugus samping adalah fenil maka nilai Tg= 100oC (polistirena). Pada Polivinil carbazole nilai Tg= 208 oC. Semakin besar ukuran gugus samping maka rotasi rantai utama semakin sulit dan nilai Tg naik.

36 Tabel 2.5 Menunjukkan Tg beberapa polimer:
No Polimer Tg (C) 1 Polidimetilsiloksan -123 2 Polietilena -120 3 Poli-(cis-1,4-butadiena) -90 4 Poli-(cis-1,4-metilbutadiena) -73 5 Karet alam -72 6 Butyl Rubber -65 7 Polikloroprena -50 8 Poli-(cis-1,4-propilena) -15 9 Poli(vinil asetat) 29 10 Polimetilpentena 30 11 Nilon 6(Alif-Poliamida) 50

37 12 Selulosa nitrat 80 13 Polietilenatereptalat 69 14 Selulosa diasetat 15 Poli(vinilalkohol) 85 16 Poli(vinilklorida) 87 17 Polimetilmetakrilat 110 18 Poliakrilonitril 120 19 Politetrafluoroetilena (PTFE) 126 20 Polikarbonat 150 21 Poliviniltrimetilsilan 170

38 22 Plisulfon 190 23 Politrimetilsililpropin 200 24 Polieterimide 210 25 Polivinilidinfluorida 26 Poli(2,6 dimetilfenilena oksida 27 Polietersulfone 230

39 Pengaruh gugus samping terhadap suhu transisi (Tg polimer)

40 Grafik hubungan tekanan vs suhu polimer kristalin (a), semikristalin (b) dan amorfous (c)
Fase elastis a c Fase gelas Log E T Tm Tg b

41 Penjelasan grafik Evs T
Kurve (a) adalah kurve perubahan E terhadap suhu untuk polimer dengan derajat kristalinitas 100 % (polimer kristal). Kurve (b) adalah kurve polimer semikristal dan kurve (c) adalah polimer amorphous. Pada kurve (a) besarnya E pada Tg sama dengan pada Tm. Atau modulus elastisitas tidak berubah walaupun polimer dipanaskan melewati suhu transisi (Tg). Hal ini tidak berlaku untuk polimer semikristalin atau polimer amorfous. Pada polimer semikristalin, Lihat kurve b) E berubah apabila suhu dinaikkan sampai melewati suhu Tg tetapi perubahannya tidak sebesar polimer amorfous. Penjelasan diatas adalah diskripsi mengenai pengaruh keadaan polimer terhadap perubahan sifat mekanik polimer. E adalah tekanan yang dikenakan pada bahan polimer yang berhubungan dengan deformasi (regangan bahan).

42 Pengaruh struktur polimer terhadap permeabilitas
PO2 (Barrer) 10-10 cm3(STP). Cm. cm-2. S-1, cmHg-1 PN2 Barrer Αideal (PO2/PN2) Politrimetilsililpropin 10040 6745 1,5 Polidimetilsiloksan 600 280 2,2 Poli-(tert-butyl asetile) 200 118 1,7 Poliimid (Kapton) 0,001 0,00012 8,0

43 Pengaruh derajat kristalinitas terhadap permeabilitas membran.
Pengaruh derajat kristalinitas terhadap permeabilitas dapat dilihat pada Tabel tersebut. Tg Nilon 6 dan selulosa asetat hanya sedikit berbeda tetapi karena nilon 6 mempunyai derajat kristalinitas yang lebih tinggi maka permeabilitas lebih rendah dibandingkan dengan selulosa asetat. Polivinilalkohol juga permebilitasnya rendah karena derajat kristalinitasnya tinggi. Hindari menggunakan polimer yang mengandung gugus –NH, dan gugus ester karena tidak tahan terhadap bahan kimia, klorin dan tidak stabil terhadap paas tinggi.

44 Stabilitas kimia dan termal dan kemudahan pemrosesan.
Bahan keramik lebih stabil terhadap bahan kimia dan panas dibandingkan dengan bahan polimer. Biasanya faktor yang dapat meningkatkan stabilitas termal juga dapat meningkatkan stabilitas kimia: Apabila stabilitas polimer meningkat, biasanya semakin sulit untuk diproses. Stabilitas dan prosessabilitas merupakan dua parameter yang berlawanan. Polimer yang sangat stabil tidak dapat larut dan tidak dapat diproses dari keadaan lelehnya. Dalam penyiapan membran, polimer harus larut didalam pelarut encer seperti di dalam asam organik agar supaya membrann dapat disiapkan dengan metode tertentu.

45 Jenis polimer yang stabil terhadap panas
Beberapa polimer yang stabil terhadap panas misalnya: Politetrafluoroetilena (PTFE), polimer aromatic (polipenilena, polieter, poliamida, polyester. Polimer heterosiklik (poliimid, poliamidsimid). Polimer anorganik (polipospazen, polisiloksan).

46 Sifat mekanik. Sifat mekanik meliputi sifat deformasi material terhadap adanya gaya yang dikenakan terhadap material tersebut. Biasanya sifat mekanik tidak penting di dalam proses pemisahan menggunakan membran. Dalam prakteknya membran dibuat setipis mungkin diperkuat oleh material support (pendukung) poreus kecuali membran yang berbentuk hollow fiber dan kapiler (pipa dengan diameter <1mm). Karena tanpa meteri pendukung, materi membran harus kuat. terutama untuk menahan tekanan tinggi seperti pada pemisahan gas.

47 Modulus bahan Ada beberapa sifat bahan polimer yang berkaitna dengan modulus elastisitas. Hard and brittle (keras dan getas) adalah bahan yang apabila dikenai tekanan regangannya kecil tetapi setelah tekanan tertentu akan pecah (bahan gelas). Jenis bahan yang kedua adalah hard and tough (keras dan tangguh) adalah bahan yang apabila dikenai tekanan regangannya mula mula kecil dan semakin lama semakin besar tetapi tidak mudah patah sampai nilai regangan (strain) tertentu (ester selulosa dan poli karbonat). Jenis bahan ketiga adalah ductile and though (ulet dan tangguh) adalah bahan yang apabila dikenai tekanan rendah regangannya besar tetapi tidak mudah patah (bahan elastomer). Lihat Gambar 2.16.

48 Hubungan tekanan pada bahan dan regangan untuk tipe material yang berbeda.
(MPa) Keras dan rapuh (hard and brittle) Ulet dan tangguh (Ductile and tough) Keras dan tangguh (Hard and tough material) Strain (regangan) (%)

49 Elastomer mempunyai sifat ulet dan tangguh artinya tekanan yang kecil yang diberikan akan menyebabkan regangan yang besar tetapi tidak pecah. Faktor yang mempengaruhi kegetasan dan ketangguhan bahan adalah berat molekul, kristalinitas dan gaya interaksi antar molekul.

50 Elastomer. Suhu peralihan (Tg) menunjukkan bahwa polimer berada pada fase gelas atau rubber pada suatu kondisi kerja. Elastomer adalah polimer yang mempunyai Tg di bawah 0 C sehingga pada suhu ruangan adalah fase elastis (rubbery).

51 Beberapa elastomer dan Tg elastomer
No Polimer Tg (oC) 1 Polidimetilsiloksan -123 2 Polibutadiena -85 3 Poliisoprena -73 4 Karet alam -72 5 Poliisobutilena -70 6 Butilrubber -65 7 Polikloroprena -50

52 Struktur kimia beberapa elastomer.

53 Polimer elektrolit. Sampai pada penjelsan diatas yang dibicarakan adalah polimer netral (tidak bermuatan). Ada polimer bermuatan atau bersifat (ionic)(posit/negative). Muatan positif dan negatif pada membran tetap tidak berubah maka disebut fixed charge. Apabila membran bermuatan negative, maka dapat mengantarkan ion bermuatan positif disebut membran penukar kation (cation exchange membrane) Sebaliknya apabila membran bermuatan positif, membran dapat mengantarkan komponen bermuatan negative disebut membran penukar anion (anion exchange membrane). Bentuk ionik membran menyebabkan membran dikelilingi oleh ion ion yang bermuatan berlawanan. Ion yang mengelilingi disebut counter ion.

54 Counter ion Muatan pada membran disebut muatan tetap (fixed charge) sedangkan muatan counter ion disebut muatan tidak tetap. Membran yang bermutan negative di dalam pelarut air akan terionisasi dan akan dikelilingi oleh proton (H+). Proton bersifat mobile (mudah bergerak) dan akan bertukar dengan kation lain. Gaya dorong untuk menggerakan proton ini adalah beda potensial pada kedua sisi membran. Contoh membran penukar ion : Nafion, polietilena tersulfonasi, polisulfon tersulfonasi.

55 Struktur kimia membran penukar ion

56 Struktur kimia Nafion, polietilena tersulfonasi, polisulfon tersulfonasi.  

57 Polimer untuk membran. Pada penjelasan diatas telah disebutkan sekian banyak polimer dan dijelaskan juga mengenai struktur polimer dan pengaruhnya terhadap sifat fisika-kimia dan kedaan polimer. Pada prinsipnya semua jenis polimer dapat dijadikan sebagai material membran. Batasan sifat fisika-kimia polimer manjadikan hanya beberapa jenis polimer yang sesuai untuk digunakan di dalam praktek pemisahan menggunakan membran. Perbedaan yang sangat prinsip adalah ada polimer berpori dan mampat. Polimer berpori atau membran poreus akan digunakan di dalam ultra filtrasi dan mikrofiltrasi. Membran mampat selalu digunakan dalam pemisahan gas atau pemisahan cair di dalam pervaporasi.

58 Pada ultra filtrasi dan mikrofiltrasi yang paling penting bukan jelis polimer yang digunakan untuk menghasilkan fluks dan selektivitas yang tinggi tetapi pemilihan membran ditekankan pada ukuran dan distribusi pori harus diantara 0,1-10 um untuk mikrofiltrasi dan ukuran pori untuk ultra filtrasi diantara nm. Untuk memenuhi ketentuan ukuran dan distribusi pori, maka metode pabrikasi sangat penting. Dasar pemilihan materi polimer untuk dijadikan membran mampat seperti untuk pemisahan gas, pemilihan material membran sangat penting karena langsung berhubungan dengan kinerja membran (selektivitas dan fluks).

59 Permasalah membran berpori
Masalah krusial yang dijumpai di dalam proses pemisahan menggunakan membran berpori adalah polarisasi konsentrasi dan fouling. Polarisasi konsentrasi adalah kenaikan konsentrasi partikel dipermukaan membran menyebabkan fluks menurun. Fouling terjadi karena deposit partikel dipermukaan membran bersifat ireversibel (tetap). Hanya bisa dihilangkan dengan cara mencuci dengan menggunakan bahan kimia yang dapat melarutkan partikel.

60 Sistem backwashing untuk menghilangkan fouling secara fisika.
Ultrafiltrasi bekerja berdasarkan ukuran partikel. Hal yang menjadi tantangan terberat dalam teknologi membran adalah terbentuknya fouling membran. Fouling ini menyebabkan penurunan fluks dan efektivitas membran. Fouling ini dapat berupa endapan organik (makromolekul, substansi biologi), endapan inorganik (logam hidroksida, garam kalsium) dan partikulat. Salah satu cara untuk mengurangi terbentuknya fouling dengan menggunakan system automatic backwash. Dengan adanya system ini terjadi penurunan fluks sekitar 25% dari laju awal dalam waktu 22 hari dan sebaliknya dengan tidak adanya sistem automatic backwash penurunan fluks terjadi sekitar 55% dari laju awal untuk limbah laundry dan 11% dari laju alir awal untuk air detergen dalam waktu 4 jam.

61 Tanda fouling Jika product flow rate sudah turun ±10-15% dari performa awal Jika rejected flow rate sudah meningkat ±5- 10% dari performa awal Jika conductivity permeate/product water sudah naik hingga ±10-15% dari setting awal. Jika Pressure pada membrane array sudah naik hingga ± 15%

62 Membran berpori Membran berpori mempunyai pori pori tetap diantara 0,1-10 um (MF) dan nm (UF). Selektivitas terutama ditentukan oleh ukuran pori. Jenis polimer hanya menentukan sifat adsorbsi, ketahanan terhadap bahan kimia pada kondisi operasi, ketahanan termal dan menentukan jenis bahan kimia yang akan digunakan sebagai bahan pencuci membran. Oleh karena itu di dalam memilih bahan membran terutama didasarkan kepada kecenderungan bahan untuk bisa mencegah pembentukan fouling. Dan yang lebih penting bagaimana dapat mencuci membran setelah terjadi fouling.

63 Materi membran mikrofiltrasi.
No Polimer 1 Polikarbonat 2 Poli(vinilidin fluorid 3 Politetrafluoroetilena 4 Polipropilena 5 Poliamida 6 Selulosa ester 7 Polisulfon 8 Poli(eter-imid)

64 Polikarbonat

65 Cara pembuatan membran
Cara pembuatan membran mikrofiltrasi/ultrafiltrasi. Beberapa teknik pembuatan membran MF/UF adalah: Sintering. Stretching Track –etching. Phase Inversion No 1 sampai 3 hanya dapat menghasilkan membran yang sesuai untuk mikrofiltrasi dan no 4 dapat menghasilkan membran dengan ukuran pori sesuai dengan membran ultrafiltrasi.

66 Bahan membran mikrofiltrasi yang bersifat hidropobik adalah : PTFE, polivinilidi fluorid, Polipropilene isotaktik. PTFE merupakan polimer yang tahan terhadap bahan kimia, termal dan berbentuk kristalin. Tidak larut di dalam pelarut organik sehingga stabil terhadap bahan kimia. Polivinilidin fluorid juga stabil terhadap bahan kimia dan termal tetapi tidak sebaik PTFE karena PVDF dapat larut di dalam pelarut polar aprotik seperti DMF, DMAc dan trietilfosfat (TEP).

67 Membran mikrofiltrasi yang menggunakan bahan PTFE dibuat dengan teknik sintering dan stretching. Sementara material PVDP dibuat dengan menggunakan teknik phase inversion. Polipropilen juga baik sebagai membran mikrofiltrasi tetapi dengan struktur isotaktik karena berbentuk kristalin. Untuk struktur ataktik berbentuk amorphous. Membran polipropilen dapat dibuat dengan teknik phase inverse. Ketiga polimer yang telah disebutkan diatas mempunyai sifat yang hamper sama semuanya stabil terhadap bahan kimia dan panas. Karena sifat hidropobik dari membran PTFE dan PVDP , maka air tidak dapat membasahi membran dengan spontan. Apabila membran akan digunakan dalam pemisahan komponen yang pelarutnya air, harus dilakukan pembasahan pendahuluan (pre wetted menggunakan etanol). Membran hidropobik juga dapat digunakan sebagai membran distilasi

68 Membran hidropilik dapat digunakan sebagai bahan membran mikrofiltrasi seperti selulosa dan turunannya seperti selulosatriasetat, selulosa tripropionat, etil selulosa, selulosa nitrat selulosa asetat-butirat. Bahan selulosa dan turunanya dapat digunakan sebagai membran MF/UF dan Hiperfiltrasi, pisahan gas dan dialysis. Bahan selulosa merupakan bahan membran yang termasuk pada klas yang penting. Selulosa mempunyai struktur kristalin dan walaupun bersifat hidropilik tetapi tidak larut di dalam air karena berbentuk Kristal dan adanya ikatan hidrogen diantara gugus hidroksil yang ada pada monomer yang menyusun polimer selulosa. Selulosa atau selulosa hasil regenerasi digunakan sebagai membran dialysis. Selulosa asetat dan selulosa nitrat digunakan untuk membran MF/UF. Selulosa triasetat baik digunakan sebagai membran HF untuk desalinasi air laut.

69 Selulosa ester sangat sensitive terhadap panas, bahan kimia, dan drgradasi oleh mikrobiologi. Untuk menghindari degradasi membran, maka pH harus dikondisikan pada pH 4-6,5 pada suhu ruangan. Pada kondisi basa membran akan terhidrolisis dengan cepat. Polimer lain selain yang sudah disebutkan diatas untuk MF/UF/HF adalah poliamid alipatik dan aromatic. Poliamid aromatic lebih disukai karena stabil terhadap panas, bahan kimia, mekanik dan tidak mudah terhidrolisis. Keberadaan molekul aromatic menyebabkan fleksibilitas terbatas sehingga akibatnya Tg besar 280C. Tg Poliamid kira kira hanya 100 C. Alipatik poliamid (Nilon 6) dan poliamid aromatic (Nomex. Struktur kimia kedua poliamid lihat Gambar

70 Struktur kimia poliamid alipatik (Nilon 6) dan Poliamid aromatic (Nomex).

71 Materi Membran ULtrafiltrasi
Ultrafiltrasi memerlukan membran dengan pori-pori lebih kecil dibandingkan dengan mikrofiltrasi (0,05-0,1 ) um. Kebanyakan membran ultrafiltrasi dihasilkan dengan teknik phase inversion. Polimer yang digunakan sebagai materi MF No Polimer 1 Polisulfon /polietersulfon. 2 Poliakrilonitril 3 Selulosaester 4 Poliimid/poli(eterimid) 5 Poliamida (alipatik) 6 Poli(vinilidifluorid)

72 Jenis polimer yang penting adalah polisulfon dan polisulfon eter
Jenis polimer yang penting adalah polisulfon dan polisulfon eter . Keduanya merupakan polimer yang stabilitas kimia dan termalnya baik ditandai dengan Tg polisulfon = 190C dan Polisulfoneter Tg=230 C. Disamping digunakan sebagai material membran ultrafiltrasi juga digunakan sebagai support (pendukung) membran komposit.

73

74

75 Membran Non Porous. Membran non porous digunakan dalam pemisahan gas dan pervaporasi. Untuk pemisahan gas dan pervaporasi membran dibuat sebagai lapisan tipis dipermukaan dan didukung oleh material pendukung dalam bentuk membran komposit atau membran asimetrik. Kinerja membran (fluks dan selektivitas) ditentukan oleh lapisan tipis bukan bahan pendukungnya. Jenis membran yang dipilih bisa dari golongan elastomer sampai membran gelas. Kecepatan difusi cairan di dalam membran mampat tergantung konsentrasi cairan, tetapi difusi gas konstan.

76 Membran anorganik. Membran anorganik, memiliki stabilitas termaldan stabilitas kimia lebih tinggi dibandingkan dengan membran polimer organik. Tetapi membran anorganik sangat terbatas pemakaiannya misalnya untuk pemurnian Uranium 235 dengan mekanisme difusi khudsen. Sekarang membran anorganik sudah digunakan untuk membran MF/UF juga. Ada tiga jenis membran anorganik :Membran keramik. Membran gelas. Membran logam. Proses pembuatan membran logam dengan cara sintering tepung logam. Membran keramik dibuat dari campuran aluminat atau titanium atau zirconium oksida dengan non logam, nitrid atau karbid. Proses pemuatan ada dua cara yaitu sintering dan proses sol-gel.

77 Membran gelas terbuat dari SiO2 dibuat menggunakan cara leaching
Membran gelas terbuat dari SiO2 dibuat menggunakan cara leaching. Sifat membran anorganik yang dibahas di dalam buku ini adalah: Stabilitas termal. Stabilitas kimia Sifat mekanik bahan.

78 Stabilitas termal: Membran polimer hanya dapat digunakan pada daerah suhu rendah C. Membran keramik dapat digunakan sampai dengan 800C.

79 Stabilitas kimia. Membran polimer sensitive terhadap bahan kimia (pH dan molekul organik) . Walaupun dapat dibuat membran dari organik yang tahan terhadap perubahan pH tetapi stabilitas membran anorganik lebih baik dibandingkan dengan membran organik. Sehingga membran anorganik dapat digunakan pada daerah pH yang luas. Membran anorganik mempunyai kelebihan pada masalah fouling yang menyebabkan penurunan fluks permeat dan harus dicuci secara berkala pada membran UF/MF. Semua bahan kimia dapat digunakan sebagai media pencuci membran anorganik seperti akuat dan alkali. kuat. Masa pakai membran anorganik juga lebih lama dibandingkan dengan polimer organik.

80   Stabilitas mekanik. Stabiloitas mekanik bukan parameter yang penting di dalam pemisahan dengan menggunakan membran kecuali pada pemisahan tertentu. Yaitu pemisahan pada tekanan tinggi dan membran yang tanpa support. Walapun membran anorganik sangat kuat menahan tekanan tetapi kelemahan membran anorganik adalah getas.

81

82

83 Struktur kimia politrimetilsililpropin (PTMSP) dan Poliviniltrimetilsilan (PVTMS)