Prosiding Pertemuan Ilmiah Sains Materi 1996

PENGARUB ANNEALING TERBADAP KINERJAMEMBRAN SELULOSA ASETAT UNTUK DESALINASI

Aspiyanto2 ,Syahro1 Aiman 2,Sri Moerniati2

ABSTRAKPENGARUH ANNEALING TE.lHADAP KINERJA MEMBRAN SELULOSA ASETAT UNTUK DESALINASI.

Salah satu penerapan teknologi membran yang paling populer adalah untuk proses penghilangan garam terlarut di dalam air (desalinasi)guna menghasilkan air bersih. Untuk proses desalinasi ini diperlukan membran yang mampu menahan tekanan tinggi, tahan abrasipennukaan, dapat memisahkan garam terlarut dari molekul air dan tidak rusak oleh air garam. Beberapa parameter dalam prosespembuatan seperti komposisi polimer .pelarut. aditif, waktu pematangan (aging time), waktu penguapan , gelatisasi, dan annealingmempengaruhi kualitas membran untuk desalinasi tersebut. Dalam makalah ini disampaikan basil kajian pengaruh dari salah satuparameter proses, yakni annealing, terhadap kualitas membran sellulosa asetat. Membran sellulosa asetat untuk proses desalinasi di buatdengan teknik pencetakan menggunakan metoda pembalikan rasa. Proses annealing dilakukan dengan cara mencelupkan membran yangdibuat kedalam air panas pada temperatur antara 60 sampai 900 C selama 5 sampai 20 menit. Membran yang dihasilkan di uji tluks dantingkat penolakan garamnya secara kontinyu pada tekanan operasi 40 bar, selama 2 jam dengan menggunakan aquadest dan larutangaram 1 %. Hasil pengamatan memperlihatkan bahwa kua!itas terbaik di dapat dari proses annealing pada 900 C selama 10 menit.Membran tersebut menghasilkan tluks sebesar 15,341/m2.jam daD tingkat pemisahan (rejeksi) sebesar 89,4 %.

ABSTRACTTHE EFFECTS OF ANNEALING ON PERFORMANCE OF CELLULOSE ACETAT MEMBRANE FOR

DESALINATION. In order to produce clean water, one of the most popular use from application of membrane teclmology is to remove

dissolved salts in water (desalination). For this desalination process, it was needed membrane which is able to retain high pressure and

surface abrasion, separate dissolved salts from water molecule and save by salt solution. Many parameters in membrane preparation

include composition of polymer -solvent -additive, aging time, evaporation time, coagulation media and temperature and annealing.

These parameters influence membrane quality for desalination. In this paper. it is presented a result of effect from one of the process

parameters, such as annealing on cellulose acetate membrane quality. Cellulose acetate membrane for desalination process were prepared

by casting using the phase inversion method. Annealing process was done with immersion of membrane in boiling water at temperature

between 60 and 900 C for 5-20 minutes. By using pure water and 1 % NaCI Solution, membrane which was produced was tested flux

and salt rejection continuously at operating pressure of 40 bars for 2 hours. Investigation results showed that the best membrane quality

was obtained from annealing process at temperature of 900 C for 10 minutes. The membrane gave flux of 15.34 11m2 .hr and salt

rejection of89.4 %

PENDAHULUANPenerapan teknologi membran untuk

maksud pemisahan, pemekatan daDpenyaringan pada berbagai industri semakinmeningkat. Salah satu proses yang palingpopuler daTi penerapan teknologi membranadalah desalinasi air laut atau air payau denganmenggunakan prinsip-prinsip osmosa batik [I].Membran merupakan salah satu, komponenyang kritis didalam sistem osmosa balik danharus memiliki kualitas tertentu, seperti tahanterhadap bahan kimia, mempunyai kekuatanmekanis yang stabil, setipis mungkin daD inertterhadap bahan kimia. Bahan membran harushidrofilik, bersifat permeabel terhadap airtinggi, bersifat impermeabel terhadap padatanterlarut tinggi daD mampu menahan aliranpada tekanan ekstra tinggi tanpa mengalamikerusakan daTi membran itu sendiri [2]

Hampir semua membran yang beredardipasaran umumnya dibuat denganmenggunakan metoda pembalikan rasa.Penerapan metoda pembalikan rasa padapembuatan membran ini memungkinkandidapatkannya struktur daD morfologimembran yang padat, kompak daD berpori.Struktur daD morfologi membran itu sendiri

1 Disampaikan pada Pertemuan Ilmiah Sains Materi

Serpong, 22-23 Oktober 19962 Staff Puslitbang Kimia Terapan-LIPI, PUSPIPTEI<

301

dipengaruhi oleh komposisi campuran polimerpelarut-aditif, waktu penguapan pelarut, bahandaD temperatur koagulasi serta waktu daDtemperatur annealing (temperingy 3]. Beberapabahan polimer yang telah digunakan untukpembuatan membran osmosa balik adalahselulosa asetat (CA), selulosa triasetat (CT A),poliamida aromatik (Aramid), poliimida (PI),daD polibenzimidazol (PBI)!)J. Penelitian inibertujuan mencari waktu daD temperatur

annealing yang optimum pada pembuatanLembaran membran osmosa balik denganmenggunakan metoda pembalikan rasa.

METODOLOGILembaran membran osmosa balik

dibuat daTi formulasi polimer selulosa asetat(FLUKA), pelarut aseton (MERCK),Dimetilasetamida (MERCK) daD Mg(ClO4)2

(IvlERCK) dengan komposisi masing-masing25,5 %, 43,5 %, 28 %, dan 3 % [4]. Larutanpolimer tersebut diaduk sampai homogenselama 10 hari daD dimatangkan dengan caradidiamkan selama 24 jam. Larutan kental yanghomogen dituangkan kedalam kotak cetakandengan ukuran celah 0.25 rnrn terbuat daTistainless steel yang terletak diatas lempengan

i 996, PPSM-BA TAN, Gedung DRN PUSPIPTEK,

Serpong

proses annealing dengan berbagai waktu 5, 10,15 daD 20 menit pada temperatur annealing90 °c terhadap unjuk kerja membran yang diujidengan aquadest daD larutan NaCI I % pactatekanan operasi 40 bar diperlihatkan pactaTabel 2.

Tabell : Pengaruh temperatur annealingterhadap kinerja membran

Temperature,°c

Jw,I/m2

jam

IN,Vm2jam

R%

129,5264,7341,4623,1626,63

9641251515

-60708090

OSMONICS

(pemba~din~)

31,941,660,085,2

~88,6

51,20 26,23

Jw = fluks menggunakan aquadest.IN = fluks menggunakan larutan NaCI I %R = tingkat pemisahan garamWaktu annealing = 10 menitTekanan operasi = 40 bar.

Tabel2: Pengaruh waktu annealing terhadapkinerja membran

kaca datar dan ~~mudian dirataKan lunggaterbentuk lapisan sol. Lapisan tersebutdibiarkan selama 30 detik dan setelah itulapisan sol pada lempengan kaca dimasukkankedalam campuran air es dengan temperatur0 -40 C supaya terjadi proses gelatisasi.Lapisan gel (membran) akan terbentuk dengansendirinya selama ::t 1 menit. Kel11udiandilakukan proses annealing dengan meletakanmembran diantara 2 lempengan kaca daDmencelupkannya daIam air panas padatemperatur bervariasi daTi 60 -900 C selama 5-20 menit. Akhirnya membran dibiarkansebentar daD direndam daIam aquadest sertasiap untuk dilakukan pengujian.

Pengujian membran dilak-Jka.'1 denganmenggunakan "Unit pengujian modul osmosabalik" berupa 2 buah sel yang tersusun secaraseri dengan tekanan operasi maksimal 50 bar.Setiap sel dapat mengakomodasi membrandengan luas permuka;Jp efektif 117,71 cm2 .Fluida yangn dipakai untuk mengkarakterisasimembran selulosa asetat adalah aquadest daDlarutan NaCI 1 %. Untuk karakterisasimembran terhadap larutan NaCI 1 %, makakadar NaCI dalam umpan daD permeat diukurdengan menggunakan instrumen "WaterQuality Checker" Seri WQS-2A yang bekerjaberdasarkan pengukuran daya hantar padatanterlarut total.

Dari karakterisasi membran akandiperoleh hasil kinerja membran, seperti fluksdaD penolakan NaCl (NaCI rejection). Fluksdidetinisikan seb~gai j11mlah penneat yang1010s melalui satuan luas membran per satuanwaktu. Sedangkan tingkat pemisahan NaCIdidetinisikan sebagai perbandingan antaraselisih konsentarsi NaCI didalam pekatan (Cb)daD permeat (Cp) terhadap konsentrasi NaCIdidalam pekatan (Cb). Secara matematistingkat pemisahan NaCI dapat ditulis :

Jw,Vm2

jam

IN,Vm2 .jamWaktu,

meDiiR%

129,5285,5026,6325,5027,96-

96,1151,8315,3418,9411,96

~

31,941,289,488,748.8

-5101520

~

OSMONICS

(pembandin~)

5120 26.23 88,6Cb-Cp

CbR=

x

100 %

Jw = fluks menggunakan aquadest.IN = fluks menggunakan larutan NaCIR = tingkat pemisahan garamTemperatur annealing = 90 °cTekanan operasi = 40 bar.

dan NaCI yang lolos = (IOO-R) %%

BASIL DAN PEMBAHASANHasil proses annealing dengan

temperatur 60, 70, 80 daD 90 °c dan waktuannealing 10 menit terhadap uIljuk kerjamembran yang diuji dengan aquadest daDlarutan NaCI 1 % pada tekanan operasi 40 barditunjukkan pada Tabel I. Sedangkan basil

Disamping itu diuji juga kinerjamembran yang terdapat di pasaran. Membranyang diuji adalah membran osmosa balikselulosa asetat buatan OSMONICS (Amerika

302

,11

,60,71,01

,34

Serikat). Hasil pengujian membranOSMONICS memberikan fluks sebesar 26,23l/m2 .jam dan tingkat pemisahan NaCI sebesar88,6 %. Dari Tabel 1 dan 2 menunjukan fluksair 1ebih besar daTi pada fluks larutan NaCI 1% oleh karena pada larutan NaCI 1 % terdapattekanan osmotik sehingga 1aju alir permeatakan menga1ir dengan lambat. Dengandemikian dapat dikatakan bahwa membranosmosa batik mempunyai sifat permeabelterhadap air dan impermeabel terhadap padatanter1arut (NaCI). Lembaran membran hasi1 darige1atisasi (tanpa annealing) masih mempunyaipori-pori dengan ukuran agak besar sehinggafluks yang dihasilkan tinggi, tetapi tingkatpernisahan NaCI rendah. Hasil ~nguftanmembran tanpa annealing memberikan fluks96,11 l/m2 .jam dan tingkat pemisahan NaCIsebesar 31,9 % .Untuk mendapatkan membrandengan pori-pori sehalus mungkin (dense)perlu di1akukan proses annealing.

Gambar 2 : memperlihatkan pengaruhwaktu annealing pada temperatur 90°Cterhadap fluks dan tingkat pernisahan NaCIdimana dengan lamanya waktu annealing akandidapat fluks yang cenderung menurun tetapitingkat pemisahan meningkat hingga 10 meDiikemudian menurun pada waktu annealing 15daD 20 meDii. Penururnan tingkat pemisahanNaCI pada 15 dan 20 meDii akibat terjaditegangan yang kecil dari lapisan aktif membransebagai basil dari waktu annealing yang relatiflebih lama. Dengan demikian dapat dikatakanbahwa waktu annealing yang tepat adalah 10meDii.

Gamba,.] : menunjukan pengaruhtemperatur annealing terhadap fiuks daDtingkat pernisahan membran dimana denganmeningkatnya temperatur annealing akandiperoleh finks yang semakin rendah tetapitingkat pemisahan menjadi meningkat. Hal inidisebabkan pada proses pemanasan terjadiperubahan struktur membran berupapenyusutan disemua dimensi sehingga ukuranpori-pori membran berkurang. Selanjutnyadapat dikatakan bahwa temperatur annealingyang paling sesuai adalah 900 C dengan flukssebesar 15,34 Vm2 .jam daD tingkat pemisahan89,4%.

KESIMPULAN~eOlbran selulosa asetat untuk proses

OSOlOsa balik OleOlpunyai sifat pefOleabel yangtinggi terhadap air dan imp~rOleabel terhadappadatan terlarut (NaCl).

Proses annealing OleOlpuryaipengaruh terhadap kinerja OleOlbran osOlosabatik dan kondisi OptiOlUOl daTi prosesannealing OleOlbran adalah pada teOlperatur 90°c selaD1a 10 Olenit. Fluks daD tingkatpeOlisahan NaCl yang dihasilkan OleOlbranOSOlOsa balik pacta kondisi annealing tersebutadalah 15,34 l/0l2 .jaOl dan 89,4 %

Untuk Oleningkatkan fluks dan tingkatpeOlisahan NaCl perlu dibuat lapisan OleOlbransetipis Olungkin berupa OleOlbran kOOlposit.

UCAPAN TERIMA KASmPenulis mengucapkan terima kasih

pada Tim Penilai Kelompok IImu Bahan, DRNatas persetujuannya dengan mernasukkanprogram penelitian rnembl'an ini dal&m RisetUnggulan Terpadu I. Penulis jugamengucapkan terirna kasih pada Bapak YonoSugiono atas bantuannya dalam pelaksanakanpenelitian ini.

303

DISKUSIAloma Karo KaroMohon dijelaskan pengaruh temperaturannaeling terhadap diameter rongga membranselolusa asetat, serta hubungannya dengankemampuan tingkat penolakan garam.

DAFTARPUSTAKA1. ASPIY ANTO,SY AHRUL AlMAN DAN

SRI MOERNIA TI, Pembuatan danKarakterisasi Membran Osmosa BalikSelulosa Asetat untuk Proses DesalinasiAir Laut, Seminar Nasional HKl,Yogyakarta, 11-13 Januar: 1995.

2. J.A. HOWELL, V. SANCHEZ & R.W.FIELD, Membranes in Bioprocessing,Blackie Academic & Professional,(1993) 19.

3. MARK C. PORTER, Handbook ofIndustrial Membrane Technology, NoyesPublications, (1990) 12.

4. ROBERT E. KESTING, SyntheticPolymeric Membranes: A StructuralPerspective, John Wiley & Sons, NewYork, (1985) 27,76,115,228 & 259.

5. RAUTENBACH & R ALBRECHT,Membrane Processes, John Wiley & Sons,New York, (1989) 21-27.

AspiyantoTemperatur annealing didasarkan padatemperatur transisi gelas (Tg) dimanaar.nealing diatas temperatur transisi gelas akanmerubah struktur membran berupa penyusutandimensi rongga/pori membran sehingga ukurandaD pori membran berkurang akibatnya fluksmenurun tetapi tingkat pemisahan garammeningkat.

304