Studi Awal Regenerasi Larutan Metildietanolamina (MDEA ...

Studi Awal ..., Hanna, FMIPA UI, 2016

Studi Awal Regenerasi Larutan Metildietanolamina (MDEA) Menggunakan Sistem Reverse Osmosis (RO) dengan Membran Poliamida

Hanna1, Sunardi2, dan Widajanti Wibowo3

1,2,3 Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Indonesia, Kampus UI

Depok, 16424, Indonesia

E-mail: [email protected]

Abstrak

Gas sweetening dilakukan terhadap gas alam untuk menghilangkan H2S dan CO2, salah satunya dengan penambahan metildietanolamina (MDEA). MDEA selama digunakan dalam pemurnian gas dapat menyerap air sehingga menyebabkan konsentrasi MDEA menurun. Pada penelitian ini metode RO dengan satu membran poliamida komersil dan flow restrictor 800 mL/menit diaplikasikan untuk memekatkan kembali larutan MDEA. Suhu feed yang digunakan yaitu 200, 290, dan 360 C. Larutan MDEA 1%, 3%, dan 5% v/v diregenerasi dalam waktu masing-masing 1 jam, 3 jam, dan 4 jam. Berdasarkan pengukuran konsentrasi MDEA dengan refraktometer, didapati bahwa penggunaan flow restrictor 800 mL/menit dalam sistem RO mampu memekatkan larutan MDEA 1% v/v menjadi 1,8% v/v dengan faktor pemekatan 1,59. Suhu 290C atau suhu ruang efektif digunakan dalam proses RO, karena dapat memekatkan larutan MDEA 1,13% v/v menjadi 1,8% v/v. Kemudian, semakin lama waktu regenerasi maka semakin besar konsentrasi MDEA dalam konsentrat yang dihasilkan. MDEA 1% v/v dalam waktu 1 jam dapat dipekatkan hingga 6,46% v/v, MDEA 3% v/v dalam waktu 3 jam dapat dipekatkan hingga 9,45% v/v dan MDEA 5% v/v dalam waktu 4 jam dapat dipekatkan hingga 10,79% v/v. Dengan SEM dapat diketahui kerusakan yang dialami membran poliamida.

Pre-study of Regeneration of Methyldietanolamine (MDEA) Solutions by Reverse Osmosis (RO) System using Poliamide Membrane

Abstract

Gas sweetening is applied to the natural gas to remove H2S and CO2, one of them is by adding methyldiethanolamine (MDEA). MDEA during used in the gas sweetening can absorb water, then MDEA concentration will be decreased. In this research, RO method was applied to condense MDEA solutions using polyamide commercial membrane, under 800mL/min flow restrictor. The feed temperatures were varied 200, 290, dan 360 C. MDEA 1%, 3%, and 5% v/v solution was regenerated in 1, 3, and 4 hour(s), respectively. Based on determination of MDEA concentration using refractometer, discovered that under 800 mL/min flow restrictor RO can concentrate MDEA 1% v/v solution into 1,8% v/v with concentrate factor of 1,59. Effective temperature that used in this RO system is 290C or room temperature; when MDEA 1,13% v/v solution can be concentrated into 1,8% v/v. Increasing regeneration time can increase the concentration of MDEA solution in the concentrate. MDEA 1% v/v solution in 1 hour can be concentrated up to 6,46% v/v, 9,45% v/v for MDEA 3% v/v solution in 3 hours and 10,79% v/v for MDEA 5% v/v solution in 4 hours. The damage of polyamide membrane is known by SEM analysis.

Keyword: reverse osmosis, MDEA regeneration, membrane, polyamide. Pendahuluan Gas alam adalah salah satu bentuk energi yang paling bersih, aman, dan sering digunakan

dalam kehidupan sehari-hari. Dalam gas alam dapat terkandung gas asam, seperti H2S dan


CO2. Keberadaan H2S dalam gas alam tidak diinginkan karena dapat menimbulkan gangguan

kesehatan. Gas H2S dan CO2 juga dapat menyebabkan korosi pada penyimpanan maupun

penggunaan gas alam. Untuk menghilangkannya dilakukan proses gas sweetening, salah satu

caranya adalah dengan penambahan alkanolamina seperti metildietanolamina (MDEA).

Namun, seiring penggunaan dan regenerasi dalam unit tersebut, senyawa amina dapat

mengalami penurunan konsentrasi oleh karena terjadinya ikatan hidrogen dengan molekul air.

Gambar 1. Ikatan Hidrogen antara MDEA dan Molekul Air

Dalam menghilangkan kandungan air biasanya dilakukan evaporasi air. Berkembangnya ilmu

pengetahuan dan teknologi memberi alternatif pemisahan air, yaitu dengan metode osmosis

balik atau reverse osmosis (RO). Dalam penelitian ini, larutan encer MDEA diregenerasi

dengan sistem RO sehingga dihasilkan larutan MDEA yang lebih pekat sebagai konsentrat,

sementara di jalur permeat dapat diperoleh air bersih sehingga keduanya dapat dimanfaatkan.

Penelitian ini dilakukan dengan tujuan mempelajari proses penghilangan air dan mengetahui

pengaruh konsentrasi feed serta laju alir konsentrat terhadap pemekatan larutan MDEA encer,

mengetahui temperatur feed yang dibutuhkan untuk menghasilkan pemekatan optimum, serta

menghitung kepekatan MDEA yang dihasilkan melalui metode RO.

Tinjauan Teoritis Senyawa metildietanolamina (MDEA) merupakan senyawa yang memiliki gugus amina yang

berikatan dengan gugus alkohol. Dalam struktur kimianya dapat dilihat bahwa MDEA

merupakan senyawa amina tersier karena atom nitrogen dalam senyawa ini mengikat satu

gugus alkil yaitu metil dan dua gugus alkohol yaitu etanol. Struktur kimia senyawa MDEA

yaitu:

N CH2CH2OH

CH3

HOH2CH2C

N

CH3

CH2H2CCH2H2C

OOHH

O

HO

H H

H


Gambar 2. Struktur Senyawa Metildietanolamina (MDEA) MDEA memiliki kegunaan yang sangat luas termasuk dalam produk detergen, pestisida,

coating, semir, hingga bidang farmasi. Namun saat ini MDEA dalam industri cenderung

digunakan sebagai gas sweetening agent, yaitu senyawa yang digunakan untuk memurnikan

gas alam dari gas asam seperti H2S dan CO2. Reaksinya adalah sebagai berikut:

H2S + H++ HS-(CH2CH2OH)2NCH3 (CH2CH2OH)2NCH3

Gambar 3. Reaksi MDEA sebagai Absorben Gas Asam

Ketika larutan terpisah dari air murni oleh membran semipermeabel, osmosis air terjadi dari

air ke larutan. Osmosis ini dapat dihentikan dengan memberikan tekanan yang sama dengan

tekanan osmosis pada larutan. Jika tekanan yang diberikan lebih besar daripada tekanan

osmosis, osmosis akan terjadi dalam arah yang berlawanan dari osmosis biasa; osmosis akan

terjadi dari larutan menuju air. Osmosis yang terjadi dari larutan menuju air dengan penerapan

tekanan yang melebihi tekanan osmosis pada larutan disebut juga osmosis balik atau reverse

osmosis (Bahl, 2014).

Dalam RO terjadi pemisahan air dari suatu larutan sehingga dihasilkan air dan larutan yang

lebih pekat. Faktor pemekatan merupakan kemampuan membran untuk mengurangi jumlah

pelarut sehingga konsentrasi zat terlarut yang diperoleh menjadi lebih pekat (Amalia, 2016).

Faktor pemekatan = !!!!

Keterangan: Cc = konsentrasi konsentrat

Cf = konsentrasi feed

Metode Penelitian Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan alat-alat berupa labu ukur, botol kaca kecil,

beaker glass, botol semprot, pipet tetes, pipet ukur 1 mL, 5 mL, dan 10 mL, bulp karet, dan

perangkat RO yang terdiri dari membran RO 100 GPD, household membran, pompa RO 150

Psi dan 110 Psi, wadah plastik 5L, selang ¼”, selang pompa, flow restrictor 600 dan 800

mL/menit. Instrumen yang digunakan dalam penelitian ini adalah pressure meter (LT Lutron

PS-9302), refraktometer (Abbe Milton Roy 33.46.10 Bench-type), dan SEM (Zeiss). Bahan-

bahan yang digunakan yaitu MDEA >99% v/v dan aquademin.

+ H2O R2NCH3 R2NCH4+ HCO3-CO2 + +


Penelitian diawali dengan perancangan perangkat RO satu membran untuk regenerasi MDEA.

Perangkat RO disusun dengan skema dibawah ini.

Pompa

Concentrate

membran semipermeabel

Permeate/air

Gambar 4. Skema Perangkat RO Satu Membran Tidak Siklik

Larutan feed sebanyak 5L dibuat dengan mengencerkan larutan MDEA >99% dengan pelarut

aquademin, yaitu 50 mL untuk feed 1% v/v, 150 mL untuk feed 3% v/v, dan 200 mL untuk

feed 4% v/v. Untuk variasi laju alir konsentrat, regenerasi dilakukan terhadap feed MDEA 1%

v/v sebanyak 4 liter dengan sistem RO tidak siklik menggunakan flow restrictor 600

mL/menit dan 800 mL/menit. Lalu uji pengaruh variasi temperatur dilakukan terhadap feed

MDEA 1% v/v menggunakan flow restrictor 800 mL/menit dengan temperatur feed 200C,

290C, dan 360C dalam waktu regenerasi satu putaran (non-recycled) dan volume larutan 4

liter. Lalu pengujian pengaruh waktu regenerasi dilakukan menggunakan sistem RO dalam

waktu regenerasi 60 menit untuk larutan MDEA 1% v/v, 180 menit untuk larutan MDEA 3%

v/v, dan 240 menit untuk larutan MDEA 4% v/v dengan penggunaan flow restrictor 800

mL/menit. Indeks bias dari produk RO (konsentrat dan permeat) diukur menggunakan

refraktometer kemudian dihitung konsentrasinya dengan menggunakan persamaan linier yang

didapat dari kurva kalibrasi MDEA menggunakan larutan MDEA dengan konsentrasi 1%,

2%, 4%, 8%, dan 10% dalam persen v/v. Permukaan membran sebelum dan sesudah

digunakan dikarakterisasi dengan SEM untuk melihat kerusakan akibat proses RO dengan

tekanan tinggi. Dilakukan sputtering membran dengan lapisan emas, lalu dikarakterisasi

dengan energi sebesar 10 kV.

Hasil Penelitian

MDEA encer


Tabel 1 menunjukkan hasil pengukuran indeks refraksi dari larutan standar MDEA. Data-data

dari tabel 1 dikonversi menjadi kurva kalibrasi yang ditunjukkan pada gambar 5. Tabel 1. Kalibrasi Standar MDEA dengan Refraktometer

Konsentrasi MDEA

Indeks Refraksi

0% 1.333 1% 1.335 2% 1.3365 4% 1.3395 8% 1.345

10% 1.3485 * % volume/volume

y = 0,1502x + 1,3333

R2 = 0,9982

y = Indeks Refraksi

x = konsentrasi

Gambar 5. Kurva Kalibrasi Standar MDEA dengan Refraktometer Penggunaan flow restrictor yang berbeda-beda menghasilkan tekanan yang berbeda-beda

(tabel 2) dan mempengaruhi konsentrasi yang dihasilkan pada jalur permeat dan konsentrat

(tabel 3). Tabel 2. Flow Restrictor dan Tekanan yang Dihasilkannya Flow restrictor 600 mL/menit 800 mL/menit Tekanan 9,46 bar 8,63 bar Tabel 3. Data Indeks Bias Permeat dan Konsentrat

Flow restrictor Permeat Konsentrat 600 mL/menit 1.3350 1.336 800 mL/menit 1.3335 1.336

Suhu feed yang berbeda memberikan tekanan yang berbeda-beda (tabel 4) dan menghasilkan

konsentrasi konsentrat dan permeat yang berbeda-beda juga (tabel 5). Tabel 4. Suhu Feed dan Tekanan Sistem saat RO

y = 0.1502x + 1.3333 R² = 0.99818

1.33

1.335

1.34

1.345

1.35

0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 9% 10%

Inde

ks R

efra

ksi

Konsentrasi MDEA

Kurva Standar MDEA


Temperatur 200C 290C 360C Tekanan 6,83 bar 6,8 bar 4,48 bar

Tabel 5. Data Indeks Bias dan Konsentrasi Variasi Suhu Feed

Suhu P C F

Indeks Bias Konsentrasi (%v/v) Indeks Bias Konsentrasi

(%v/v) Indeks Bias Konsentrasi (%v/v)

Ruang 1.3335 0.13 1.3360 1.80 1.335 1.13 Dingin 1.3335 0.13 1.3355 1.46 1.335 1.13 Hangat 1.3340 0.47 1.3355 1.46 1.335 1.13

Konsentrasi feed yang berbeda-beda menghasilkan pemekatan yang berbeda-beda pula.

Konsentrasi konsentrat dan permeat ditentukan dengan persamaan linier dari kurva kalibrasi

standar MDEA dengan refraktometer. Dari konsentrasi konsentrat dapat diamati pemekatan

yang terjadi dan dapat dihitung faktor pemekatannya dengan persamaan faktor pemekatan =

konsentrasi konsentrat / konsentrasi feed. Tabel 6. Hasil Perhitungan Konsentasi Konsentrat dan Permeat pada Feed MDEA 1% v/v

Konsentrat

Permeat

t Indeks Refraksi

Konsentrasi (% v/v)

t Indeks Refraksi

Konsentrasi (% v/v)

0 1.3350 1.13

5 1.334 0.47 5 1.3355 1.46

10 1.334 0.47

10 1.3365 2.13

15 1.334 0.47 15 1.3375 2.8

20 1.334 0.47

20 1.3385 3.46

25 1.334 0.47 25 1.3395 4.13

30 1.334 0.47

30 1.3405 4.79

35 1.334 0.47 35 1.3415 5.46

40 1.334 0.47

40 1.3420 5.79

45 1.334 0.47 45 1.3420 5.79

50 1.334 0.47

50 1.3425 6.13

55 1.334 0.47 55 1.3425 6.13

60 1.334 0.47

60 1.3430 6.46

Tabel 7. Faktor Pemekatan Regenerasi Larutan MDEA 1% v/v

t Faktor pemekatan

Faktor pemekatan (t) - Faktor pemekatan( t-15)

0 - - 5 1.30 -

10 1.89 0.59 15 2.47 0.59 20 3.06 0.59 25 3.65 0.59 30 4.24 0.59 35 4.83 0.59


40 5.13 0.29 45 5.13 0.00 50 5.42 0.29 55 5.42 0.00 60 5.72 0.29

Tabel 8. Hasil Perhitungan Konsentrasi Konsentrat dan Permeat pada Feed MDEA 3% v/v

Konsentrat

Permeate

t Indeks Refraksi

Konsentrasi (% v/v)

t Indeks Refraksi

Konsentrasi (% v/v)

0 1.3375 2.8

15 1.3345 0.8 15 1.3385 3.46

30 1.3335 0.13

30 1.3405 4.79

45 1.3335 0.13 45 1.3415 5.46

60 1.3340 0.47

60 1.3425 6.13

75 1.3340 0.47 75 1.3435 6.79

90 1.3345 0.8

90 1.3440 7.12

105 1.3355 1.46 105 1.3450 7.79

120 1.3355 1.46

120 1.3455 8.12

135 1.3355 1.46 135 1.3460 8.46

150 1.3355 1.46

150 1.3465 8.79

165 1.3360 1.8 165 1.3470 9.12

180 1.3370 2.46

180 1.3475 9.45


t Faktor pemekatan


0 - - 15 1.24 - 30 1.71 0.48 45 1.95 0.24 60 2.19 0.24 75 2.43 0.24 90 2.54 0.12

t Faktor pemekatan


105 2.78 0.24 120 2.90 0.12 135 3.02 0.12 150 3.14 0.12 165 3.26 0.12 180 3.38 0.12

Tabel 10. Hasil Perhitungan Konsentrasi Konsentrat dan Permeat pada Feed MDEA 4% v/v

Konsentrat

Permeat

t Indeks Refraksi

Konsentrasi (% v/v)

t Indeks Refraksi

Konsentrasi (% v/v)

0 1.3390 3.79

15 1.3365 2.13 15 1.3400 4.46

30 1.3345 0.8

30 1.3410 5.13

45 1.3355 1.46 45 1.3410 5.13

60 1.3360 1.8

60 1.3420 5.79

75 1.3360 1.8 75 1.3425 6.13

90 1.3360 1.8

90 1.3430 6.46

105 1.3360 1.8 105 1.3435 6.79

120 1.3365 2.13

120 1.3440 7.12

135 1.3365 2.13 135 1.3445 7.46

150 1.3365 2.13

150 1.3450 7.79

165 1.3365 2.13 165 1.3455 8.12

180 1.3365 2.13

180 1.3465 8.79

195 1.3375 2.8


195 1.3470 9.12

210 1.3375 2.8 210 1.3480 9.79

225 1.3375 2.8

225 1.3490 10.45

240 1.3375 2.8 240 1.3495 10.79


t Faktor Pemekatan


0 - - 15 1.18 - 30 1.35 0.18 45 1.35 0.00 60 1.53 0.17 75 1.62 0.09 90 1.70 0.09

105 1.79 0.09 120 1.88 0.09

t Faktor Pemekatan


135 1.97 0.09 150 2.06 0.09 165 2.14 0.09 180 2.32 0.18 195 2.41 0.09 210 2.58 0.18 225 2.76 0.17 240 2.85 0.09

Pembahasan Membran poliamida thin film composite (TFC) terdiri dari lapisan pendukung berpori

(biasanya terbuat dari polisulfon) dan lapisan film yang rapat dan tipis yaitu lapisan poliamida

aromatik yang merupakan kulit membran yang terikat silang dan terbentuk pada permukaan

lapisan pendukung, dibuat dari reaksi polimerisasi antarmuka dari amina polifungsional

seperti m-fenilendiamina dengan asam klorida polifungsional seperti tri-mesoil klorida.

(b)


(a) (c)

Gambar 6. Membran RO Komersil (a), Skema Membran TFC (b), dan Sintesis Poliamida Aromatik (c)

Membran semipermeabel ini memiliki konfigurasi modul spiral wound, yaitu konfigurasi

modul berupa sususnan beberapa lapisan membran membentuk suatu gulungan dengan

berporos pipa sebagai jalur keluar permeat. Setiap lapisan membran diselingi oleh spacer

berupa kawat kassa sebagai penahan membran dan juga sebagai rangka yang memberi bentuk

membran dan membuat membran tetap dalam bentuk tergulung dan tegak.

Gambar 7. Cutaway Elemen Membran Spiral Wound Membran poliamida memiliki sifat hidrofilik karena keberadaan atom O pada struktur

poliamida yang memungkinkan terjadinya ikatan hidrogen dengan molekul air. Struktur

MDEA yang memiliki atom O pada gugus alkoholnya juga memungkinkan terjadinya ikatan

hidrogen dengan atom H pada poliamida. Namun pada akhirnya hanya air yang dapat lolos

melalui membran karena ukurannya yang kecil. Sementara itu, molekul MDEA yang

ukurannya lebih besar tidak dapat melalui lapisan polisulfon berpori seperti skema membran

TFC (gambar 6(c)).


Gambar 8. Ikatan Molekul Air dengan Membran Poliamida

Tekanan dapat mempengaruhi hasil pemekatan dengan sistem RO. Berdasarkan perhitungan

teoritis, tekanan osmosis untuk larutan MDEA 1% v/v dengan volume 4 liter adalah 2,156

bar. Tekanan ini telah terlampaui dengan sistem RO yang telah dibuat sehingga osmosis

berhasil dibalikkan. Pada penelitian ini digunakan flow restrictor 600 mL/menit dan 800

mL/menit untuk melihat perbedaan tekanan yang dihasilkan serta pengaruhnya terhadap

proses RO. Semakin sedikit debit larutan yang keluar maka akan semakin besar tekanan yang

dihasilkan. Hal ini dapat terjadi karena penggunaan flow restrictor akan menghambat aliran

konsentrat supaya akhirnya keluar dari saluran konsentrat sesuai dengan yang diinginkan

konsumen, yakni angka yang tertera pada flow restrictor tersebut. Semakin sedikitnya debit

larutan yang keluar dari saluran konsentrat akan menyebabkan semakin banyak larutan yang

tertahan pada housing membran. Larutan yang semakin banyak tertahan di dalam membran

membuat tekanan sistem akan bertambah besar sehingga mempengaruhi hasil filtrasi dengan

sistem RO yang dilakukan.

Berdasarkan tabel 3, semakin banyak volume yang dikeluarkan lewat jalur konsentrat per

satuan waktu, maka akan semakin kecil nilai permeatnya. Semakin kecil nilai permeat

menunjukkan bahwa semakin sedikit jumlah MDEA yang masuk ke dalam jalur permeat

sehingga permeat yang dihasilkan menjadi lebih murni; bersamaan dengan itu konsentrat akan

semakin pekat karena tidak banyak MDEA yang “terbuang” dengan cara masuk ke dalam

saluran permeat. Selanjutnya digunakan flow restrictor 800 mL/menit untuk proses regenerasi

dengan sistem RO yang menghasilkan permeat dengan indeks bias yang lebih kecil yang

menunjukkan bahwa jumlah MDEA yang ada pada permeatnya lebih sedikit.

Temperatur feed divariasikan untuk mengamati pengaruh suhu terhadap hasil pemekatan

sistem RO. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa pemekatan larutan dengan menggunakan

R N C

H

O

R N C

H

O

R N C

H

R

O

N

H

C

O

HO

H

OHH


suhu ruang memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan suhu dingin dan panas. Pada suhu

dingin dan panas, nilai indeks bias konsentrat sama, namun sama-sama dibawah suhu ruang.

Indeks bias permeat pada suhu feed hangat menunjukkan nilai yang paling tinggi diantara

suhu feed lainnya. Hal ini dapat terjadi diakibatkan oleh tekanan pada sistem RO suhu feed

hangat yang lebih rendah daripada tekanan sistem lainnya, sehingga “pembalikan” fenomena

osmosis tidak berlangsung sebaik sistem RO pada suhu feed dingin dan suhu ruang.

Berdasarkan perhitungan secara teoritis, larutan MDEA 1% v/v membutuhkan tekanan

osmosis 2,185 bar untuk 290C, 2,120 bar untuk 200C, dan 2,236 bar untuk 360C. Oleh sebab

itu hasil pemekatan larutan MDEA dengan variasi suhu yang telah dilakukan tidak

memberikan perbedaan hasil yang signifikan karena perbedaan tekanan osmosisnya pun tidak

terlalu jauh.

Selain melihat hasil pengukuran yang ada, suhu ruang juga menjadi pilihan yang akan disukai

dalam sistem RO karena dengan demikian tidak perlu ada treatment khusus seperti

pendinginan ataupun pemanasan terhadap larutan feed sebelum memasuki perangkat RO.

Untuk variasi waktu, sistem RO dirancang dalam mode siklik. Mode siklik dilakukan dengan

tujuan memekatkan kembali konsentrat hasil pemisahan sistem RO. Dengan metode cross-

flow, larutan melewati membran secara melintang. Singkatnya waktu kontak dengan membran

dalam metode cross-flow ini menyebabkan permeasi air kurang maksimal dan nilai fluks

menjadi rendah. Oleh karena itu, konsentrat dimasukkan kembali sebagai feed untuk

memaksimalkan nilai fluks dengan memperbanyak waktu kontak larutan dengan membran.

Regenerasi larutan MDEA dilakukan hingga 5L larutan feed habis. Setiap konsentrasi larutan

MDEA memiliki waktu running yang berbeda-beda. Larutan MDEA 1% v/v membutuhkan

waktu 1 jam, sementara itu larutan feed MDEA 3% v/v dan larutan feed MDEA 4% v/v

masing-masing habis dalam waktu 3 dan 4 jam. Sampling tiap 15 menit terhadap konsentrat

dan permeat untuk melihat kemungkinan perubahan hasil pemekatan dan permeasi yang

didapatkan.

Gambar 9 menunjukkan kurva hasil konversi dari data-data pada tabel 6. Terlihat bahwa hasil

permeat tidak menunjukkan perubahan, hal itu dapat terjadi karena tekanan pada sistem pun

cukup konstan. Terlihat juga bahwa semakin lama waktu regenerasi maka konsentrasi

konsentrat akan semakin besar. Hal ini terjadi karena semakin lama waktu regenerasi, maka

semakin banyak larutan mengalami proses RO, dimana proses RO ini terjadi dengan mode


aliran cross-flow. Dalam tipe aliran ini, waktu kontak larutan feed dengan membran cukup

singkat sehingga permeasi belum berlangsung secara maksimal.

Gambar 9. Kurva Waktu vs Konsentrasi Permeat (biru) dan Konsentrat (merah) feed MDEA 1% v/v

Tabel 7 menunjukkan bahwa faktor pemekatan semakin besar, namun pertambahannya tidak

konstan hingga menit ke 60. Dari menit ke-5 menuju menit ke-10 faktor pemekatan

meningkat dari 1,30 menjadi 1,89. Selisih ini terjadi selama pemekatan larutan dilakukan

hingga 35 menit. Namun setelahnya, penambahan nilai faktor pemekatan tidak lebih dari 0,29.

Hal ini terjadi karena semakin sedikitnya volume larutan feed menyebabkan berkurangnya

tekanan yang masuk ke dalam membran, sehingga air tidak terpisah sempurna.

Regenerasi masih efektif dilakukan hingga menit ke-35 untuk larutan feed sebanyak 5 liter.

Namun apabila larutan feed ditambah volumenya, kemungkinan besar hasil regenerasi akan

efektif dilakukan hingga lebih dari 35 menit, karena akan semakin banyak jumlah larutan feed

yang dapat dilewatkan ke dalam sistem.

Gambar 10 dan 11 merupakan konversi dari tabel 8. Dapat diamati bahwa konsentrasi

semakin tinggi seiring waktu. Hal ini membuktikan bahwa larutan masih belum mengalami

permeasi dengan maksimal, sehingga ketika larutan dikembalikan sebagai feed, larutan

tersebut masih mengalami proses pemekatan sehingga konsentrasinya semakin lama semakin

tinggi. Hasil perhitungan faktor pemekatan dapat dilihat di dalam tabel 9. Semakin lama

waktu regenerasi, faktor pemekatan semakin bertambah besar.

0.00%

1.00%

2.00%

3.00%

4.00%

5.00%

6.00%

7.00%

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Konsen

trasi M

DEA

Waktu (menit)

Permeat Konsentrat


Gambar 10. Kurva Waktu vs Konsentrasi Konsentrat feed MDEA 3% v/v

Pertambahan faktor pemekatan cenderung semakin kecil. Selisih faktor pemekatan 0,48

menunjukkan nilai maksimal. Hal ini dapat terjadi karena diawal proses RO, larutan feed

masih tersedia dalam jumlah besar sehingga semakin banyak juga feed yang akan mengalami

osmosis balik dan terpisah airnya. Namun lama-kelamaan volume larutan feed semakin

berkurang sementara feed semakin besar konsentrasi MDEAnya sehingga semakin sedikit

permeasi air. Perubahan faktor pemekatan yang signifikan karena tekanan osmosis dari

larutan feed semakin besar dan hampir setara dengan tekanan yang diberikan pompa.

Gambar 11. Kurva Waktu vs Konsentrasi Permeate feed MDEA 3% v/v

Nilai permeat pada 15 menit awal hampir 1% v/v, karena tekanan awal yang belum cukup

sehingga molekul MDEA juga masuk ke dalam saluran permeat. Selanjutnya konsentrasi

MDEA menurun, hal ini terjadi karena sistem sudah bekerja dengan baik. Pada 60 menit dan

selanjutnya, konsentrasi cenderung naik karena semakin tingginya konsentrasi MDEA yang

0.00% 1.00% 2.00% 3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00% 9.00%

10.00%

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180

Konsen

trasi M

DEA

Waktu (menit)

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

15 25 35 45 55 65 75 85 95 105 115 125 135 145 155 165 175

Konsen

trasi M

DEA

Waktu (menit)


dilewatkan melalui membran membuat tekanan osmosis semakin tinggi sementara tekanan

pompanya tetap; sehingga proses RO tidak berjalan dengan baik.

Perubahan konsentrasi konsentrat yang terjadi pada tiap pertambahan waktu dapat diamati

peningkatannya melalui gambar 12. Konsentrasi feed semakin tinggi seiring waktu, namun

larutan belum mengalami permeasi maksimal, sehingga saat larutan kembali sebagai feed,

larutan itu masih dapat dipekatan sehingga konsentrasinya semakin lama semakin tinggi.

Gambar 12. Kurva Waktu vs Konsentrasi Konsentrat feed MDEA 4% v/v

Tabel 11 menunjukkan hasil perhitungan faktor pemekatan. Perhitungan faktor pemekatan

tersebut menunjukkan nilai yang semakin meningkat, namun perubahan atau selisih faktor

pemekatan yang dihasilkan tidak konstan. Ada kalanya selisih faktor pemekatan 0,18 , ada

juga saat dimana selisih faktor pemekatan yang diperoleh hanya 0,09 bahkan 0 atau tidak ada

penambahan faktor pemekatan. Hasil seperti ini disebabkan oleh konsentrasi feed yang lebih

besar sehingga membutuhkan tekanan lebih besar pula. Tekanan yang lebih besar dibutuhkan

karena ketika konsentrasi semakin besar maka tekanan osmosis yang dialaminya akan

semakin besar pula; hal ini menyebabkan kebutuhan tekanan menjadi semakin besar untuk

dapat melampaui tekanan osmosisnya sehingga dapat terjadi osmosis balik / RO.

Sementara itu pada sampling pertama permeat didapati bahwa konsentrasi MDEA cukup

tinggi. Hal ini mungkin terjadi karena tekanannya kurang kuat sehingga cenderung terjadi

osmosis. Setelah titik pertama, ada penurunan di titik kedua, menandakan bahwa produksi air

semakin meningkat sehingga konsentrasi MDEA menjadi menurun. Selanjutnya konsentrasi

MDEA naik kembali karena semakin pekatnya konsentrasi MDEA dalam larutan membuat

tekanan osmosisnya makin besar, makan semakin besar pula tekanan yang dibutuhkan untuk

melampauinya.

3.00% 4.00% 5.00% 6.00% 7.00% 8.00% 9.00%

10.00% 11.00%

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240

Konsen

trasi M

DEA

Waktu (menit)


Gambar 13. Kurva Waktu vs Konsentrasi Permeat feed MDEA 4% v/v

Fluks adalah laju permeat yang bermigrasi melewati membran per satuan luas membran.

Karena itu, nilai fluks dipengaruhi oleh luas area membran. Nilai fluks berbanding lurus

dengan laju permeasi; semakin tinggi laju permeasi maka dalam luas area membran yang

sama, nilai fluks semakin besar. Berbanding terbalik dengan luas membran. Dalam laju

permeasi yang sama besar, semakin besar luas area membran maka nilai fluks akan menjadi

lebih kecil.

Rejeksi adalah persentase konsentrasi larutan yang dapat dihilangkan dari sistem air feed

melalui membran. Besarnya rejeksi diketahui dari perbandingan antara konsentrasi zat terlarut

dalam permeat dengan konsentrasi zat terlarut dalam feed. Nilai rejeksi adalah 0 hingga 1.

Semakin rendah nilai rejeksi menandakan bahwa semakin sedikit jumlah zat terlarut dalam

feed yang ditolak oleh membran. Sebaliknya, semakin besar nilai rejeksi maka semakin

banyak zat terlarut yang dapat ditahan oleh membran sehingga tidak masuk ke dalam aliran

permeat.

Dalam penelitian ini, permukaan membran poliamida diamati dengan menggunakan

instrumen SEM. Dengan mikroskop elektron ini, permukaan diamati dengan pebesaran yang

lebih besar daripada mikroskop biasa. Dalam pengamatan, didapati perbedaan morfologi

permukaan membran poliamida sebelum digunakan dan setelah digunakan. Perbedaan

tersebut ditunjukkan pada gambar 14 yang merupakan gambar permukaan membran

poliamida dengan perbesaran 500 kali.

0.00%

0.50%

1.00%

1.50%

2.00%

2.50%

3.00%

0 15 30 45 60 75 90 105 120 135 150 165 180 195 210 225 240

Konsen

trasi M

DEA

Waktu (menit)


Gambar 14. Karakterisasi Membran Sebelum Digunakan (kiri) dan Setelah Digunakan (kanan)

Pada gambar dapat diamati bahwa pada perbesaran 500 kali, membran poliamida yang belum

digunakan terdapat serat-serat yang merupakan poliamida. Tidak demikian pada gambar

permukaan membran yang telah digunakan. Membran yang telah digunakan terlihat tidak

berserat. Hal ini menunjukkan bahwa setelah digunakan, permukaan membran mengalami

kerusakan sehingga serat-serat yang awalnya ada menjadi tidak ada. Kerusakan permukaan

membran terjadi karena penggunaan pompa bertekanan tinggi pada sistem RO. Dalam

spesifikasi membran poliamida buatan Korea ini, membran tersebut memiliki kapasitas

sekitar 8,50 atm atau 125 psi. Namun pompa RO yang digunakan untuk menambah tekanan

larutan feed adalah pompa yang dapat memberikan tekanan hingga 150 psi atau sekitar 10,2

atm, dan dalam penggunaannya, dengan pengukuran menggunakan digital pressure meter

didapati bahwa tekanan larutan feed mencapai 8,73 bar atau sekitar 8,6 atm, bahkan dengan

penggunaan flow restrictor 600 mL/menit dihasilkan tekanan larutan 9,46 bar atau sekitar

9,34 atm. Hal inilah yang menyebabkan kerusakan pada membran poliamida. Oleh karena itu,

dibutuhkan membran yang lebih kuat untuk menahan tekanan yang besar. Cara lainnya adalah

penggunaan sistem RO dengan tekanan yang rendah, namun cara ini mungkin sulit untuk

dicapai.

Kesimpulan Berdasarkan penelitian ini, dapat disimpulkan bahwa teknik pemekatan atau penghilangan air

(water removal) dengan proses reverse osmosis dapat diterapkan untuk larutan MDEA encer.

Pada penelitian ini, laju alir konsentrat 800 mL/menit memberikan hasil yang lebih baik

daripada laju alir konsentrat 600 mL/menit dalam proses RO dan pemekatan optimal terjadi

dalam suhu ruang yaitu sekitar 290C. Semakin lama waktu regenerasi maka semakin besar

konsentrasi MDEA dalam konsentrat yang dihasilkan. Semakin besar konsentrasi feed maka


waktu regenerasi yang dibutuhkan dengan metode RO menjadi semakin lama karena laju

alirnya menjadi lebih lambat, sehingga menyebabkan faktor pemekatan yang dihasilkan

semakin kecil.

Saran Penggunaan tekanan pompa yang lebih besar dibutuhkan untuk memberikan hasil pemekatan

yang efektif. Pengaturan tekanan perlu dilakukan untuk memberikan tekanan yang tetap

dalam proses RO. Untuk memberikan hasil analisis yang lebih baik dan akurat, perlu

digunakan metode analisis konsentrasi yang lebih spesifik terhadap senyawa MDEA. Hasil

konsentrat dapat dilewatkan kepada perangkat RO lain dengan bertekanan lebih tinggi,

sementara hasil permeat dapat dijadikan sebagai feed untuk proses RO perangkat lain untuk

mendapatkan air yang lebih murni.

Daftar Referensi Amalia, Rima. (2016). Studi Awal Regenerasi Larutan Triethylene Glycol (TEG)

Menggunakan Membran Poliamida dengan Sistem Reverse Osmosis (RO). Depok: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Indonesia.

Anonim. (2002). Oil and Gas Processing Plant Design and Operation Training Course: Gas Sweetening Process. _____: Total Fina Elf.

Bahl, Arun. (2014). Essential of Physical Chemistry (Multicolour Edition). India: S. Chand Limited.

Binyam, S., Mukhtar, H., dan Lau, K.K. (2010). Flux and Rejection of Methyldiethanolamine from Wastewater by Composite Reverse Osmosis Membrane. Malaysia: Universiti Teknologi PETRONAS.

Geise, Geoffrey M., dkk. (2010). Water Purification by Membranes: The Role of Polymer Science. USA: Wiley InterScience.

Nath, Kaushik. (2008). Membrane Separation Processes. New Delhi: Prentice-Hall of India Private Limited.

Polasek, John, dan Bullin, Jerry A. (2006). Selecting Amines for Sweetening Units. Texas: Bryan Research and Engineering, Inc.

Redjeki, Sri. (2011). Proses Desalinasi dengan Membran. Indonesia: Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat (DP2M) Direktorat Jenderal Pendidikan Tinggi Departemen Pendidikan Nasional.

The Dow Chemical Company. (2014). Technical Data Sheet: DOW N-Methyldiethanolamine (MDEA). Diunduh pada 27 Mei 2016 dari msdssearch.dow.com.

Studi Awal Regenerasi Larutan Metildietanolamina (MDEA ...

Documents

Transcript of Studi Awal Regenerasi Larutan Metildietanolamina (MDEA ...