2010 Pengantar Teknologi Membran-rev.pdf

See discussions, stats, and author profiles for this publication at: https://www.researchgate.net/publication/287489468

Pengantar Teknologi Membran Book · September 2010

CITATIONS

READS

38

3,969

4 authors: I Gede Wenten

Khoiruddin Khoiruddin

Bandung Institute of Technology

Bandung Institute of Technology

399 PUBLICATIONS 1,188 CITATIONS

48 PUBLICATIONS 230 CITATIONS

SEE PROFILE

SEE PROFILE

Aryanti P.T.P

A.N. Hakim

Universitas Jenderal Achmad Yani

Bandung Institute of Technology

36 PUBLICATIONS 205 CITATIONS

23 PUBLICATIONS 156 CITATIONS

SEE PROFILE

SEE PROFILE

Some of the authors of this publication are also working on these related projects: [RESEARCH PROJECT] Development of Ultrafiltration Membrane for Water Purifier System View project [INDUSTRIAL PROJECT] Integrated Membran-Cyclone for Liquid-Gas Separation View project All content following this page was uploaded by I Gede Wenten on 11 January 2016. The user has requested enhancement of the downloaded file.

Lecture Note

PENGANTAR TEKNOLOGI MEMBRAN

I.G. Wenten, Khoiruddin, P.T.P. Aryanti, A.N. Hakim

Diktat

TEKNIK KIMIA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2010

Diktat Kuliah

PENGANTAR TEKNOLOGI MEMBRAN

I G. Wenten Khoiruddin P. T. P. Aryanti A. N. Hakim

Departemen Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung 2010

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

2

Daftar Isi

Perkembangan Teknologi Membran

Proses-Proses Berbasis Membran

Proses Fabrikasi

Perancangan Proses

Troubleshooting dalam Operasi Membran

Aplikasi Industrial

Perkembangan Terkini dan Prospek Masa Depan

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

3

BAB 1

Perkembangan Teknologi Membran

Sejarah Perkembangan • • •

1748: Abbe Nollet mengemukakan tentang konsep semipermeabilitas untuk pertamakalinya. 1800an: Fick memperkenalkan hukum difusi fenomenal yang masih kita gunakan hingga saat ini 1907: Bechhold merancang teknik untuk menyiapkan membran nitroselulosa dengan ukuran pori bertingkat

• •

• • •

1950: Produksi membran skala industrial oleh Sartorius Werke GmbH Akhir 1950an: membran asimetris oleh Loeb-Sourirajan 1970an: komersialisasi awal SWRO 1980an: pengembangan pemisahan gas membran industrial 1980: GFT mengkomersialisasikan sistem pervaporasi komersial pertama untuk dehidrasi alkohol

Aktivitas riset intensif dan komersialisasi 1980slebih lanjut

1970s • Komersialisasi awal membran RO • Modul SPIRAL WOUND

1960s Terobosan proses oleh LoebSourirajan  Membran selulosa asetat ultra-tipis

Membran polimer telah banyak digunakan pada: • Pengolahan air dan limbah • Pangan • Bioteknologi • Farmasi • Medis • Kimia • Pembangkit energi

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

4

Bab 1 Perkembangan Teknologi Membran

State of The Art Ashkelon Seawater Desalination Plant di Askhelon, Israel. Kapasitas 325,000 m3/day

[Sauvet-Goichon , 2007] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

5

Bab 1 Perkembangan Teknologi Membran

Pasar Membran Pertumbuhan Pasar Membran

Pasar Membran Regional (2003) 3% 34%

40%

23%

Europe (Western & Eastern) Asia (including Middle East) America (North, Central, & South) Others (Africa & Australasia)

End-User Membrane Markets (2003)

Obat-obatan dan Kesehatan, 15,80%

Lainnya, 1,90%

Bahan Kimia, 13% Farmasi, 11,30%

Air bersih dan Air Limbah, 21,50%

Bioteknologi, 6,50%

Elektronik, 11,20% Pulp & Paper, 1.70% Pembangkit listrik, 3,70%

Makanan dan Minuman, 9,40% Oil & Gas, 3.90%

Hanya perusahaan utilitas

Permintaan membran di seluruh dunia diproyeksikan meningkat 8,6% per tahunnya menjadi $15.1 milyar pada 2012. China, India, Russia dan negara lain dengan basis industri besar dan berkembang dan kesulitan sumber air lokal diperkirakan mengalami penguatan permintaan selama periode perkiraan. Perhatian tertuju pada kualitas air, pembuangan limbah industrial, dan regulasi keamanan pangan akan lebih mendorong penjualan membran. [Sutherland, 2004]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

6

Bab 1 Perkembangan Teknologi Membran

Industri Membran Seiring dengan berkembangnya teknologi membran beserta dengan aplikasinya, perusahaanperusahaan penyedia membran juga turut berkembang pesat. Ada sejumlah perusahaan penyedia membran yang tersebar di seluruh dunia. Namun, sebagian besar perusahaan membran tersebut berada di negara-negara maju baik ekspansi dari perusahaan besar yang telah ada maupun satu perusahaan yang mengkhususkan diri di bidang membran

Others 8% Japan 17%

USA 49% Europe 26%

Hampir separuh dari perusahaan membran tersebut berasl dari amerika seperti KOCH serta anak perusahaan dari GE dan DOW yang menspesialisasikan dalam bidang membran. Negara-negara Eropa dan Jepang pun turut serta dalam persaingan melalui VEOLIA WATER serta TORAY. Hanya sekitar 8% perusahaan membran dunia yang tidak berasal dari negara maju seperti CSM korea maupun GDP filter dari Indonesia. Perusahaan-perusahaan ini turut membantu pengembangan teknologi membran hingga mencapai kondisi saat ini . [Sutherland, 2004] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

7

Bab 1 Perkembangan Teknologi Membran

Scientific Activities Famous Membrane Related Publication

• Journal of Membrane Science • Journal of Desalination • Journal of membrane technology

• International Congress on Membrane and Membrane Processes (ICOM) • International Conference on Membrane Science and Technology (MST) • Conference of the Aseanian Membrane Society (AMS) • International Membrane Science and Technology Conference (IMSTEC)

Famous Membrane Society

• American Membrane Technology Association (AMTA) • North American Membran Society (NAMS) • European Desalination Society (EDS) • Filter Manufacturer Society

• International Desalination Association • Deutsche Gesellschaft für Membrantechnik (DGMT) • Membrane Society of Australiasia (MSA) • Club Francais des membranes (CFM)

Famous Membrane Books

[Sutherland, 2004] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

8

BAB 2

Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Tekanan Mikrofiltrasi Mikrofiltrasi (MF) mengacu pada proses filtrasi yang menggunakan membran berpori untuk memisahkan partikel tersuspensi dengan diameter antara 0,1 dan 10 μm. (Mulder, 1996) Membran MF terletak diantara membran ultrafiltrasi dan filter konvensional

Membran

Simetrik berpori

Ketebalan

≈ 10 – 150 μm

Ukuran Pori

≈ 0.05 – 10 μm

Driving force

Tekanan (< 2 bar)

Prinsip Pemisahan

Mekanisme Sieving

Material Membran

Polimer, keramik

Produksi cartridge sekali pakai berbiaya rendah, untuk proses obat-obatan dan elektronik kini merupakan bagian terbesar dalam industri mikrofiltrasi. Pada kebanyakan aplikasi di industri ini, sejumlah kecil partikel dihilangkan dari larutan yang telah cukup bersih. Waktu operasi membran mikrofiltrasi biasanya diukur dalam satuan jam [Baker, 2004].

Sejarah Pengolahan limbah kota pertama dipasang Filtrasi CrossFlow dijelaskan Kontaktor Membran untuk pengolahan gas asam

Tes Membran untuk menyaring air untuk pengembangan kontaminasi bakteri di Jerman Paten Membran Collodion Zsigmondy and Bachmann

CalTech memproduksi membran mikrofiltrasi sellulosa asetat-sellulosa nitrat

Aplikasi skala besar membran mikrofiltrasi adalah untuk mengolah mikroorganisme di air minum; hal ini masih diaplikasikan. Tes ini dikembangkan di Jerman selama Perang Dunia II, sebagai metode cepat untuk mengamati suplai air dari kontaminasi.

Kini pengembangan proses mikrofiltrasi berkembang menjadi aplikasi kontaktor membran untuk penghilangan gas asam

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

9

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Tekanan Ultrafiltrasi Ultrafiltrasi (UF) adalah varian dari filtrasi membran dimana tekanan hidrostatik memaksa cairan menembus membran semipermeabel. Padatan tersuspensi dan pelarut dengan berat molekul tinggi tertahan, sedangkan air dan pelarut dengan berat molekul rendah melewati membran (Mulder, 1996)

Membran

Asimetris berpori

Ketebalan

≈ 150 μm (atau monolitik untuk beberapa keramik)

Ukuran Pori

≈ 1 – 100 nm

Driving force

Tekanan (1 - 10 bar)

Prinsip Pemisahan

Mekanisme Sieving

Proses pemisahan ini digunakan di industri dan penelitian untuk purifikasi dan pemekatan larutan makromolekul (103-106 Da), terutama larutan protein.

Material Membran

Polimer (contoh polisulfon [PS] , polyacrylonitrile [PAN]) Keramik (contoh zirconium oksida, aluminium oksida)

Sejarah Amicon membuat hollow fiber UF pertama Abcor memasang pabrik tubular UF komersial

1960an 1920an 1907

Komersialisasi Membran UF

KINI 1990an Abcor mengkomersialisasi modul UF spiral wound

Pengembangan membran ultrafiltrasi untuk ginjal buatan yang dapat dipakai

Bechhold menggunakan istilah “ultra filter” dan mengukur titik gelembung

Kini, sejumlah penelitian yang telah dilaksanakan memperlihatkan hasil yang menarik dan menjanjikan akan aplikasi sistem ultrafiltrasi wearable (WUF) dan ginjal buatan wearable (WAK). (Ronco, dkk, 2008) Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

10

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Tekanan Nanofiltrasi Nanofiltrasi adalah proses filtrasi membran yang relatif baru yang seringkali digunakan dengan air dengan jumlah total padatan terlarut yang sedikit seperti air permukaan dan air tanah, dengan tujuan untuk softening (penyisihan kation polivalen) dan penyisihan produk samping desinfektan seperti zat organik alam dan sintetik (Mulder, 1996)

Membrane

Komposit

Ketebalan

Sublayer ≈ 150 μm; toplayer ≈ 1 μm

Ukuran pori

<2 nm

Driving force

Tekanan (10 – 25 bar)

Prinsip pemisahan

Solution diffusion

Material membran

Poliamida (polimerisasi interfasa)

Nanofiltrasi juga banyak digunakan pada aplikasi pengolahan makanan seperti produk susu, untuk pemekatan dan demineralisasi parsial secara bersamaan http://www.kochmembrane.com/Landing/SR3D-Nanofiltration.aspx

Aplikasi Nanofiltrasi Aplikasi

Permeat

Whey / Permeat Whey

Air limbah asin

Tekstil Larutan pembersih kaustik Daur ulang larutan asam Air Antibiotik

Konsentrat (retentat)

Manfaat NF

Memungkinkan recovery laktosa dan Konsentrat whey bebas konsentrat whey protein dengan kadar garam garam yang lebih rendah Air, garam, BOD, COD NF digunakan untuk penyisihan garam untuk Pewarna dan warna mendapat produk yang bernilai lebih tinggi Larutan BOD, COD, padatan Memungkinkan daur ulang larutan kaustik pembersih tersuspensi, pembersih sehingga mengurangi biaya bahan kimia kaustik kaustik BOD, COD, Kalsium, Memungkinkan daur ulang larutan asam Larutan asam padatan tersuspensi, air sehingga mengurangi biaya bahan kimia asam Produksi air minum. Softened water Softened Air sadah mengurangi scaling pada peralatan dan water permukaan penukar panas Konsentrat antibiotik NF memproduksi produk farmasi bernilai Limbah asin bebas garam tinggi

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

11

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Tekanan Reverse Osmosis Reverse osmosis (RO) adalah sebuah metode filtrasi yang mampu menyisihkan banyak jenis molekul dan ion besar dari larutan dengan memberikan tekanan pada larutan yang berada pada salah satu sisi membran selektif (Mulder, 1996).

Sublayer ≈ 150 μm; toplayer ≈ 1

Ukuran pori

<2 nm

Driving force

Tekanan: air payau (15 – 25 bar)

Prinsip pemisahan

Solution diffusion

Material membran

Selulos triasetat, poliamida aromatik, Poliamida & polieterurea (polimerisasi interfasa)

Contoh

Pengolahan air

Desalinasi air laut Pre – treatment dari boiler water, Water softening dan daur ulang air proses

Recovery produk dan bahan kimia

Ketebalan

air laut (40 – 80 bar)

Tipe Pemisahan

Fraksionasi

Asimetris atau komposit

μm

Tekanan eksternal diaplikasikan pada larutan untuk melawan tekanan osmotiknya. Sehingga hasilnya adalah perpindahan air dari larutan hipertonik ke larutan hipotonik.

Pemekatan

Membran

Pemekatan jus buah, air dari pemrosesan ikan, Recovery susu dan pemekatan sirup Maple Klarifikasi jus buah, recovery rasa, bau, dsb. Penghilangan alkohol dari wine Recovery gula dan asam dari air bilasan dari fruit cocktail dicer. Regenerasi dari larutan pembersih dan sanitizer

Pengolahan air limbah

Pemekatan

Persiapan boiler feed water

Fraksionasi

Recovery produk dan bahan kimia

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

12

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Konsentrasi Pervaporasi Pervaporasi adalah proses membran dimana cairan murni atau campuran cairan kontak dengan membran di sisi umpan pada tekanan atmosferik sedangkan aliran permeat diambil sebagai uap karena sisi permeat memiliki tekanan uap yang lebih rendah (Mulder, 1996).

Sejarah Instalasi PV VOC dari air komersial pertama - 1996 Binning dan Lee di American Oil Mempublikasikan studi simetrik pertama

2000 1980 1970

1960 1950 Neel dan Aptel at Tolouse meneruskan studi laboratorium pervaporasi

GFT membangun Bethenville 5000 kg/jam pabrik dehidrasi etanol 1988

Campuran umpan cair bersentuhan dengan salah satu sisi membran; permeat diambil sebagai uap dari sisi lainnya. Perpindahan melalui membran diinduksi oleh perbedaan tekanan uap antara larutan umpan dan uap permeat. Perbedaan tekanan uap ini dapat dijaga dalam beberapa cara. Pada skala laboratorium, pompa vakum biasanya digunakan untuk menciptakan kondisi vakum di sisi permeat sistem. Pada skala industri, vakum permeat paling ekonomis dicapai dengan mendinginkan uap permeat hingga terkondensasi; kondensasi secara spontan menciptakan vakum parsial.

[Baker, 2004]

Skema Proses Pervaporasi

[Baker, 2004]

Rangkuman proses pervaporasi Membran

Membran komposit atau asimetrik dengan lapisan atas elastomer atau polimer glassy

Ketebalan

≈ 0.1 hingga beberapa µm (untuk lapisan atas)

Ukuran Pori

Tak berpori

Driving Force

Tekanan uap atau perbedaan aktivitas

Prinsip Pemisahan

Solution / Diffusion [Mulder, 1996]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

13

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Konsentrasi Carrier Mediated Membran cair (liquid membran, LM) memanfaatkan larutan reagen ekstraktif, tidak larut dengan air, stagnan atau mengalir diantara dua larutan (atau gas), sumber atau umpan dan penerima atau fasa pelucut (Kislik, 2010). SLM

BLM

Efisiensi dan selektivitas perpindahan disepanjang LM dapat ditingkatkan dengan adanya agen kompleksasi mobile (carrier) di membran cair. Proses ini dikenal sebagai pemisahan membran cair terfasilitasi atau carriermediated. Pada banyak kasus perpindahan LM, perpindahan terfasilitasi dikombinasikan dengan coupling counter atau cotransport dari ion yang berbeda melalui LM. Efek pasangan menyediakan energi untuk perpindahan solut (Kislik, 2010).

ELM

Facilitated Transport Membranes (Li, 2008) Mobile Carrier

Fixed Carrier

Skema mekanisme dari perpindahan pelarut melalui membran cair (Kislik, 2010) 1

2

3

4

5

6

1. Perpindahan sederhana 2. Perpindahan sederhana dengan reaksi kimia di larutan pelucut 3. Perpindahan terfasilitas 4. Perpindahanberlawanan yang berpasangan 5. Perpindahan aktif

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

14

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Konsentrasi Dialisis Dialisis adalah proses dimana zat terlarut berdifusi dari salah satu sisi ke sisi lain membran bergantung gradien konsentrasinya (Mulder).

Membran Umpan Cfi,1

Permeat Cmi,1

Cpi,2

Skema dialysis (diadaptsi dari: Mulder, 1996)

Cmi,2

Deskripsi proses secara skematik Polimer mirip gelas digunakan. Ion berberat molekul rendah dan zat terlarut netral dengan mudah melewati membran sedangkan komponen berberat molekul lebih tinggi mengalami tahanan yang lebih tinggi.

Teknologi Pemintalan Hollow-Fiber

Polimer yang digunakan dilarutkan dalam pelarut dan dipintal melalui lubang tabung nozzle untuk membentuk struktur hollow fiber

Distribusi dan Densitas Ukuran Pori

Untuk membran dengan fluks tinggi, pori besar dengan distribusi sempit diinginkan

Serat Membran

• Diameter Dalam Diameter dalam yang lebih rendah menghasilkan laju pengurangan yang tinggi, namun meningkatkan hilang tekan • Ketebalan Dinding Cellulosic: 6-15 μm , Non-cellulosic: > 20 μm • Undulasi Aksial Dengan undulasi, hasil yang didapat lebih baik dalam hal distribusi dialisat Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

15

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Konsentrasi Pemisahan Gas Pemisahan gas telah menjadi aplikasi industri utama dari teknologi membran selama 20 tahun terakhir. Membran pemisahan gas telah digunakan untuk berbagai macam aplikasi lain dari dehidrasi udara dan gas alam hingga penghilangan uap organik dari aliran udara dan nitrogen. Aplikasi dari teknologi ini berkembang cepat dan akan terus berkembang hingga setidaknya 10 tahun ke depan.

Membran

Membran asimetrik atau komposit dengan lapisan atas elastomer atau polimer glassy

Ketebalan

≈ 0.1 hingga beberapa µm (untuk lapisan atas)

Ukuran Pori

Tak berpori (atau berpori < 1µm)

Driving force

Tekanan, hulu hingga 100 bar atau vakum di hilir

Prinsip Pemisahan

Solution/diffusion (membran takberpori) Aliran Knudsen (membran berpori)

Material Membran

Polimer, Anorganik, Karbon, Ion Conducting

[Mulder, 1996]

Sejarah 1990 Membran CA untuk penghilangan CO2(Separex, Cynara, Grace) Pabrik pemisahan uap komersial pertama (MTR)

.

1960-1970 Pengembangan membran HF dan spiral wound untuk RO

1980 Pengenalan membran PRISM. Sistem pemisahan N2/air pertama (DOW).

1994 Membran Polyimide HF untuk penghilangan for CO2. pabrik pemisahan propilen/N2 komersial pertama

Perusahaan pertama yang melakukan komersialisasi adalah Monsanto, yang meluncurkan membran pemisahan hidrogen Prism® pada tahun 1980. Pada pertengahan 1980an, Cynara, Separex dan Grace Membrane Systems memproduksi pabrik membran untuk memisahkan karbon dioksida dari metana di gas alam. Pada 1990an, sistem membran komersial pertama untuk pemisahan nitrogen dari udara dikembangkan oleh Dow, Ube dan Du Pont/Air Liquide dengan material yang memiliki selektivitas lebih baik sehingga pemisahan membran menjadi lebih kompetitif

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

16

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Termal Termodialisis Termodialisis adalah perpindahan materi selektif melalui membran hidrofobik berpori yang memisahkan dua larutan yang dijaga pada suhu berbeda. Gaya dorong yang digunakan adalah perbedaan tekanan radiasi termal terkait fluks panas dan berlaku berbeda pada partikel pelarut dan terlarut yang terjebak dalam pori membran. Dalam kondisi ini, setiap pori membran merupakan sel Soret mikroskopik tempat terjadinya difusi termal termodifikasi, modifikasi dimasukkan pada struktur air yang berdampak pada interaksinya dengan dinding pori.

Fluks materi secara umum yang digerakkan oleh termodialisis dalam kasus dua komponen larutan dimana T1>T2 ditunjukkan pada gambar di sebelah kiri

[Di Profio dkk, 2010]

Aplikasi Bioremediasi dari larutan tercemar Bisphenol menggunakan membran katalitik

[Judd, 2006]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

17

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Termal Distilasi Membran Distilasi Membran: “proses distilasi dimana fasa cair dan gas dipisahkan oleh membran berpori, porinya tidak terbasahkan oleh fasa cair.”

Karakteristik MD

Karakteristik Membran

Keuntungan

Mensubtitusi proses konvensional (distilasi dan proses membran bergaya dorong tekanan)

Berpori,

Dapat menggunakan panas sisa dan/atau sumber energi alternatif

Tidak terbasahi oleh cairan yang diproses,

Faktor rejeksi tinggi dapat dicapai

Tidak mengubah kesetimbangan uapcair dari spesi yang terlibat,

Kebutuhan sifat mekanik membran yang tidak terlalu tinggi,

Tidak memungkinkan kondensasi terjadi dalam porinya

Tekanan operasi yang lebih rendah dibandingkan membran bergaya dorong tekanan

Dijaga dalam kontak langsung seridaknya dengan larutan umpan panas yang diproses

Temperatur yang lebih rendah dibandingkan distilasi konvensional

Cocok untuk aplikasi dengan air sebagai komponen utama yang ada Mengacu pada perpindahan dengan gaya dorong temperatur melalui membran berpori hidrofobik yang tidak terbasahi dF = perbedaan tekanan parsial antara kedua sisi membran

Sejarah Distilasi Membran Jumlah artikel terpublikasi pada jurnal untuk tiap konfigurasi MD. SGMD 5% AGMD 17%

DCMD 64%

Findley (1967) Findley menggunakan konfigurasi DCMD dengan berbagai tipe material membran seperti kertas gelas, kayu karet, alumunium foil, cellophane, fiber glass, piring plastik, tanah diatom, dan nilon.. Silikon dan Teflon telah digunakan sebagai material pelapis untuk mendapatkan hidrofobisitas yang diperlukan. Rodgers (1972, 1974), Paten terkait distilasi dipublikasikan, menyajikan sebuah sistem dan metode desalinasi menggunakan tumpukan membran flat-sheet yang dipisahkan oleh lapisan perpindahan panas berkerut nonpermeabel dan bekerja dalam konfigurasi DCMD Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

18

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Listrik Elektrodialisis Elektrodialisis (ED) Sebuah proses dimana ion dipindahkan melalui membran karena perbedaan potensial listrik yang diberikan dan sebagai konsekuensi dari aliran arus listrik. ED menggunakan membran yang selektif terhadap ion tertentu, yaitu membran kation yang dapat melewatkan kation dan menolak anion dan membran anion yang dapat melewatkan anion dan menolak kation.

Membrane

Membran penukar kation dan penukar anion

Ketebalan

≈ beberapa ratus µm (100 – 500 µm)

Ukuran pori

Tak berpori

Driving force

Perbedaan potensial elektrik

Prinsip Pemisahan

Mekanisme eksklusi Donnan

Material Membran

Kopolimer Crosslinked berbasis divinylbenzene (DVB) dengan kopolimer polystyrene atau polyvinylpyridine PTFE dan poly (sulfonyl fluoride-vinyl ether), (Strathmann, 2004)

(Mulder, 1996)

[Mulder, 1996]

1. Aplikasi industrial pertama dari membran penukar ion Click to add Title pengembangan teori fundamental 2. Menyebabkan 3. Menyebabkan Click to add Title pengembangan teknologi lanjutan

Electrodialysis Reversal (EDR) Bipolar membrane electrodiaysis (BP) Electrodeionization (EDI)

Aplikasi industrial dari membran penukar ion berawal pada ED dan menyebabkan perkembangan teori fundamental. Pengembangan teori fundamental menyebabkan pengembangan lanjutan dari teknologi ED.

Electrolysis (EL)

[Tanaka, 2007] Fuel cell (FC),

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

19

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Membran dengan Gaya Dorong Listrik Prinsip Elektrodeionisasi Prinsip elektrodeionisasi sebagai berikut

diilustrasikan

Potensial listrik: • Menciptakan gaya dorong untuk perpindahan ion • Memecah molekul air menjadi ion hidrogen dan hidroksil (Li, dkk, 2008) Membran penukar ion: • Berguna sebagai pembatas antara aliran larutan • Menetapkan wilayah kompartemen. (Tanaka, 2007) Resin penukar ion: • Meningkatkan konduktivitas dari kompartemen diluat • Menambah laju perpindahan ion (Tanaka, 2007)

Prinsip perpindahan ion dalam sel diluat yang dipenuhi resin penukar ion dari EDI. (Strathmann, 2004)

Mode operasi EDI (Ganzi, 1988)

Mode Elektrodeionisasi Ketika salinitas umpan tinggi, (Ganzi dan Parise, 1990)

Mode Elektroregenerasi Ketika salinitas air umpan sangat rendah karena lewatnya spesi bermuatan kuat ke ruang konsentrat

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

20

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Proses Campuran Membran Kontaktor Membran kontaktor tidak memperkenankan pemisahan dari spesi karena selektifitas dari membran dan membran kontaktor menggunakan membran mikropori hanya untuk mengontakkan dua fasa. Lapisan antarmuka berada di mulut pori dan perpindahan spesi dari/menuju suatu fasa terjadi karena difusi melalui membran pori. Persamaan Laplace

a) P2>P1

b)P1>P2

Kontak antara fasa 1 dan fasa 2 melalui membran kontaktor. (a) fasa 1 dalam membran; (b) fasa 2 dalam membran.

Tipe antarmuka fasa yang diam dalam konfigurasi dua fasa (Li, 2008) Dua fasa fluida dalam kontak

Satu fasa fluida berkontak dengan satu fasa solid

Biasanya, fasa yang tidak menembus ke dalam pori harus dijaga pada tekanan yang lebih tinggi dari fasa lainnya. Membran dengan ukuran pori besar, porositas tinggi, dan ketebalan rendah menghasilkan perpindahan spesi yang tinggi, namun ukuran pori yang besar juga berarti nilai tekanan breakthrough yang rendah (tekanan ketika membran terbasahi oleh cairan, dan kehilangan sifat hidrofobisitasnya).

[Drioli, 2009] Tipe dari membran kontaktor dan gaya dorongnya b

a

c

Membran kontaktor berbasis dispersi

d

(a)

Antarmuka dua fasa diam

(b) (c) (d) (e)

e

Stripper/scrubber, driving force: perbedaan konsentrasi Ekstraktor cair-cair, driving force: perbedaan konsentrasi Penghilangan volatil/gas dari cairan, driving force: perbedaan tekanan parsial direct contact membrane distillation, driving force: perbedaan tekanan parsial supported liquid membranes, driving force: perbedaan konsentrasi.

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

21

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Proses Campuran Membran Reaktor Membran reaktor adalah reaktor aliran sumbat yang mengandung tabung tambahan berupa material berpori atau padat di dalamnya (Marcano, 2000) Proses membran untuk pemisahan dan reaksi

reaktan

produk

reaktor

separator

Membran reaktor terintegrasi

recycle reaktan sweep gas reaktan

product dan sweep gas product

membran katalitik

Membran reaktor hybrid

product dan sweep gas

Peran membran dalam membran reaktor (Marcano, 2002)

• Membran reaktor dapat meningkatkan konversi dengan penyisihan produk secara langsung • Untuk meningkatkan kontak antara fasa yang bereaksi. • Reaksi Multifasa • Selektivitas membran dikendalikan oleh diameter porinya.

Contoh dari tiga tipe membran reaktor (Baker, 2004)

Membran sebagai lapisan pemisah dan pengontak

Membran sebagai kontaktor

Membran sebagai lapisan pemisah

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

22

Bab 2 Proses-proses Berbasis Membran

Proses Campuran Membran Reaktor : Membran Bioreaktor Membran Reaktor Enzimatik

Membran Bioreaktor Sel Utuh

Membran reaktor enzimatik memiliki beberapa keuntungan (mode kontinu, retensi dan reuse dari katalis, pengurangan inhibisi substrat/produk, produk bebas enzim, proses terintegrasi, dsb.) (Drioli, 2008).

Membran bioreaktor untuk sel utuh diam memiliki keuntungan lingkungan untuk peningkatan densitas sel. Sel menyembur melalui membran dengan aliran tunak kontinu dari medium yang mengandung oksigen dan nutrien lain (Drioli, 2008)

MBR dengan adsorpsi Enzim

Skema dari konversi olive oil enzimatik pada bioreaktor hollow-fiber (Marcano, 2002) MBR dengan Enzim diam

MBR dengan daur ulang enzim • Membran dapat memisahkan enzim dan substrat dari produk reaksi untuk didaur ulang. • Dengan sistem ini, enzim dapat didaur ulang dan digunakan lebih dari sekali. • Aplikasi: o Hidrolisis enzimatik dari polisakarida (Selulosa, pati) atau oligosakarida (maltosa, sukrosa, laktosa). o Klarifikasi jus buah dengan ektinase dan selulase. Marcano (2002)

Efek loading papain pada membran polisulfon termodifikasi pada aktivitas. D : aktifitas terkoreksi oleh adsorpsi produk reaksi, /»-nitroaniline. O : Aktivitas (Marcano, 2002) Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

23

BAB 3

PROSES FABRIKASI

Material Membran Material Polimer Material membran yang banyak digunakan adalah polimer, karena kemudahannya dalam proses pembuatan dengan karakteristik membran yang dapat divariasikan sesuai dengan performa yang diinginkan. Namun kelemahan dari membran berbahan dasar polimer adalah kerentanan membran terhadap bahan kimia dan temperatur tinggi.

Homopolimer vs Kopolimer

Derajat Crosslinking

Interaksi Rantai

Stereoisomerisme

Berat Molekul

Fleksibilitas Rantai

Tg (Kondisi Polimer)

Faktor-faktor struktural dari polimer Ada beberapa cara untuk merekayasa sifat dari polimer sehingga mendapatkan karakteristik pemisahan yang diinginkan antara lain:  Homopolimer vs Kopolimer: polimer yang digunakan tidak selalu hanya satu jenis. Gabungan dua jenis atau lebih polimer dapat meningkatkan sifat-sifat polimer yang dibuat  Derajat cross-linking: semakin tinggi derajat cross-linking struktur polimer akan semakin padat dan bertautan.  Stereoisomerisme: letak gugus R pada polimer vinyl dapat menjadi penentu besar akan sifat polimer. Selain itu, polimer yang mengandung ikatan ganda juga dapat mengalami isomerisme cis-trans yang turut berkontribusi terhadap sifat material.  Fleksibilitas rantai: ditentukan oleh dua faktor yaitu katakter dari rantai utama dan kehadiran dan sifat dari rantai atau gugus samping  Berat Molekul: Panjang rantai atau distribusi berat molekul merupakan parameter penting yang berkontribusi terhadap sifat polimer  Interaksi Rantai: memiliki efek yang besar terhadap sifat fisik polimer karena banyaknya interaksi yang dimungkinkan pada gugus-gugus yang memiliki ikatan hidrogen atau interaksi dipol  Kondisi polimer: sangat menentukan sifat-sifat material bergantung pada suhu penggunaan.

[Mulder, 1996] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

24

Bab 3 Proses Fabrikasi

Material Membran Material Anorganik NAMUN Permeabilitas relatif rendah

Keuntungan membran anorganik 1. Stabilitas termal tinggi 2. Stabilitas kimia tinggi

HAMBATAN Prosesabilitas rendah Tidak dapat difabrikasi secara ekonomis untuk aplikasi skala besar

[Li, dkk, 2008]

Tipe Material Anorganik yang sering digunakan

Keramik

Zeolit

Logam

Gelas

Karbon

 Material anorganik umumnya memiliki stabilitas kimia dan termal yang jauh lebih tinggi dibandingkan material polimer. Namun penggunaannya sebagai material membran sangat terbatas walaupun ada ketertarikan yang meningkat. Satu-satunya aplikasi membran kermaik di masa lalu adalah pengkayaan uranium heksaflorida (235U) dengan aliran Knudsen melalui membran keramik berpori. Kini berbagai jenis aplikasi ditemukan dalam bidang mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi.  Ada empat jenis material anorganik yang biasa digunakan yaitu keramik, zeolit, logam (termasuk karbon), dan gelas.  Membran metalik umumnya didapatkan melalui sintering bubuk logam (seperti stainless steel, tungsten atau molibdenum)  Keramik dibuat dengan kombinasi logam (seperti aluminium, titanium, silikum, atau zirkonium) dengan non-logam dalam bentuk oksida, nitrida, atau karbida. Gelas dapat digolongkan sebagai material keramik dalam fasa amorf.  Membran zeolit adalah material yang terbuat dari campuran Si/Al dalam komposisi tertentu dan membentuk struktur khas zeolit. [Mulder, 1996] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

25

Bab 3 Proses Fabrikasi

Material Membran Membran Cair Padatan bukanlah satu-satunya material yang digunakan sebagai membran dan sangat mungkin untuk menggunakan cairan sebagai membran. Membran cairan hadir dalam berbagai bentuk dalam keseharian; lapisan minyak pada permukaan air adalah contoh membran cair organik dari fasa cair tak larut, buih bir, busa pada sabun, detergen atau larutan surfaktan, lapisan minyak pada permukaan logam – banyak digunakan untuk perlindungan karat dan lubrikasi adalah lapisan cair terkenal untuk pemisahan dua fasa.

Membran Cair

BLM

SLM

ELM

(Bulk Liquid Membrane)

(Supported Liquid Membrane)

(Emulsion Liquid Membrane)

[www.scielo.br/img/revistas/bjce/ v24n1/10f1.gif]

FSSLM

HFSLM

(Flat Sheet Supported Liquid Membrane)

(Hollow Fiber Supported Liquid Membrane [Araki dan Tsukube, 1990]

Teknologi membran cair adalah salah satu metode pemisahan yang paling efisien. Teknologi ini tidak membutuhkan tekanan atau tegangan karena permisahannya berdasarkan perbedaan konsentrasi. Difusi pasif (perpindahan tunggal), perpindahan terfasilitasi atau ganda (counter atau co-) memungkinkan perpindahan aktif dari komponen dari fasa umpan ke reseptor atau fasa stripping melalui membran cair. Teknologi membran cair memperlihatkan selektivitas dan faktor pengkayaan yang tinggi, namun karena masalah stabilitas antarmuka cair-cair, ada tendensi meningkat akan penanaman membran cair di struktur pori atau membran padat untuk menjamin stabilitas dalam aplikasinya. [Roman, dkk, 2010]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

26

Bab 3 Proses Fabrikasi

Material Membran Matriks Campuran Terlepas dari semua keuntungannya, membran polimer tidak dapat mengatasi batas atas antara permeabilitas dan selektivitas. Di sisi lain, beberapa membran anorganik seperti membran zeolit dan molecular sieve menunjukkan permeabilitas dan selektivitas yang lebih tinggi dibandingkan membran polimer namun lebih mahal dan sulit untuk pembuatan skala besar. Oleh karena itu, membran alternatif yang murah dan berada pada posisi di atas kurva trade-off antara permeabilitas dan selektivitas. Tidak dapat melebihi batas atas polimer antara permeabilitas dan selektivitas

Polimer Polimer - Cairan

Kesulitasn dalam stabilitas jangka panjang

Polimer – Molecular Sieve

Polimer – Mikropori– Cairan

Padatan Mikropori

Cairan

Mahal dan sulit untuk pembuatan skala besar

Cairan Berpenyangga Berdasarkan kebutuhan dari membran yang lebih efisien dari membran polimer dan anorganik , sebuah tipe membran baru, membran matriks campuran, telah dikembangkan. Membran matriks campuran adalah membran hibrid yang mengandung filler padatan, cairan, atau padatan dan cairan yang terlekat pada matriks polimer. Membran matriks campuran memiliki potensi untuk mencapai selektivitas lebih tinggi dengan permeabilitas yang sama atau lebih tinggi dibandingkan membran polimer yang ada dan mempertahankan keunggulannya. Sifat pemisahan yang lebih tinggi dicapai dengan menambahkan fasa terdispersi ke matriks polimer, hasilnya adalah peningkatan sifat pemisahan pada keseluruhan membran. Aplikasi penting membran matriks campuran 1. Pemisahan N2 dari udara 2. Penghilangan CO2 dari gas alam 3. Pemisahan n-pentana dari i-pentana 4. Pervaporasi campuran etanol-air dan toluen-etanol

[Li, dkk, 2008]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

27

Bab 3 Proses Fabrikasi

Persiapan Membran

Sintering

Stretching

Track-Etching

Template Leaching

•Sintering adalah teknik yang cukup sederhana untuk mendapatkan membran berpori dari material organik dan anorganik. Metode ini melibatkan kompresi serbuk yang mengandung partikel dengan ukuran tertentu dan sintering pada temperatur tinggi. Kebutuhan temperatur bergantung pada material yang digunakan. Ketika sintering, antarmuka antara partikel yang bersentuhan menghilang.

•Pada metode ini lapisan atau lembaran ekstrudat dibuat dari material polimer kristalin parsial yang diregangkan tegak lurus arah ekstrusi, sehingga wilayah kristalin terletak paralel dengan arah ekstrusi.

•Di metode ini, lapisan atau lembaran (seringkali polikarbonat) dikenakan radiasi partikel energi tinggi tegak lurus dengan lapisan. Partikelnya merusak matriks polimer dan menciptakan jejak. Lapisannya kemudian direndam dalam bak asam atau alkali dan material polimer digores sepanjang jalur ini untuk membentuk pori silinder seragam dengan distribusi pori sempit.

•Template leaching adalah metode lain untuk memproduksi membran mikropori isotropik dari polimer tak larut seperti polietilen, polipropilen, dan poli(tetraflouroetilen) dengan leaching materi yang telah ada di dalam material sehingga membuatnya berpori

Inversi Fasa

•Phase inversion (Inversi Fasa) adalah sebuah proses dimana polimer diubah dengan cara yang dikontrol dari kondisi cair menuju padat. Proses solidifikasi seringkali diinisiasi oleh transisi satu kondisi cair menjadi dua cairan (demixing cair-cair). Pada tahap tertentu selama demixing, salah satu fasa cair (fasa tinggi konsentrasi polimer) akan memadat sehingga matriks padat terbentuk.

Polimerisasi Interfasa

•Metode ini dikembangkan oleh Cadotte dkk, dan kini menjadi rute paling penting bagi membran RO dan NF. Lapisan selektif dibentuk secara in situ dengan poli-kondensasi atau poli-adisi dari monomer atau prepolimer reaktif (bis- dan tris- fungsional) pada permukaan penyangga berpori. Post-treatment seperti pemanasan seringkali diberikan untuk mendapatkan struktur cross-link penuh pada lapisan selektif.

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

28

Bab 3 Proses Fabrikasi

Metode Preparasi

Casting •Solution casting seringkali digunakan untuk menyiapkan sampel kecil untuk percobaan karakterisasi laboratorium. Lapisan rata dari larutan polimer yang digunakan disebar sepanjang pelat datar dengan pisau casting. Pisau casting terdiri dari pisau baja,, dipasang antara dua runner, disusun untuk membentuk celah teliti antara pisau dengan pelat dimana lapisan dicetak.

Spinning •Metode spinning digunakan untuk pembuatan membran berbentuk tubular atau hollow fiber. Terdapat dua tipe metode spinning, yaitu solution spinning dan melt spinning. Solution spinning digunakan untuk pembuatan membran dari material yang mudah dilarutkan dalam pelarut untuk membentuk larutan membran yang homogen. Sementara itu, metode melt spinning digunakan untuk polimer yang tidak mudah larut dalam pelarut, seperti polypropylene.

Coating •Coating atau pelapisan adalah metode pembuatan membran matriks campuran atau asimetrik. Deposisi larutan pekat diatas permukaan datar dapat menghasilkan lapisan film tipis yang seragam. Metode ini dapat diaplikasikan dengan menggunakan larutan polimer maupun anorganik yang tersusun atas komponen tang tidak saling bercampur.

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

29

Bab 3 Proses Fabrikasi

Karakterisasi Membran Karakterisasi membran berpori dan tikdak berpori dapat dapat dilakukan dengan beberapa metode seperti yang ditampilkan pada bagan berikut.

Filtrasi Bakteri

Mikroskopi Elektron

Metoda Permeabilitas

Karakterisasi Membran Berpori

Metoda Titik Gelembung Metoda Intrusi Merkuri

Karakterisasi Membran

Adsorpsi-Desorpsi Gas

Thermoporometri

Permporometri

Metoda Permeabilitas Karakterisasi Membran Tak Berpori

Metoda Rejeksi Solut Pengukuran Hidrofilisitas Membran

Karakterisasi Membran Ionik

Tahanan Listrik Membran Potensial Membran

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

30

PERANCANGAN PROSES

BAB 4

Konstruksi Modul Modul yang Banyak Tersedia Plate & Frame

Hollow Fiber

Tubular

Spiral Wound

Karakteristik tiap modul Karakteristik

Plate-frame

Spiral-Wound

Tubular

Hollow fiber

Packing density Penggunaan Energi Kendali fouling dan fluida Standardisasi Penggantian Pencucian

Sedang Rendah-sedang (laminar) Sedang

Rendah-sedang Tinggi (turbulent)

Tinggi Rendah (laminar)

Baik

Sedang-baik

Kemudahan Pembuatan Keterbatasan pada NF

Sederhana

Tinggi Moderat (Spacer-losses) Baik ( - padatan) Buruk (+ padatan) Ya Element Dapat sulit (+ Padatan) Kompleks

Tidak Tube/element Memungkinkan pencucian fisis Sederhana

Tidak element Memungkinkan Backflush Sedang

-

-

Ledakan tekanan pada serat

Tidak Sheet Sedang

Penahanan Tekanan

Aplikasi tiap modul Aplikasi

Modul tubular

Modul kapiler

Modul hollow fiber

Modul plate & frame

Modul spiral wound

RO

+

-

++

+

++

UF

++

+

-

++

+

MF

++

+

-

-

-

++

++

++

++

-

++

-

++

-

Pervaporasi* Permeasi gas

-

Elektrodialisis

-

-

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

31

Bab 4 Perancangan Proses

Perancangan Sistem Sistem Operasi Partaian (Batch) Sistem operasi yang paling sederhana adalah proses partaian (batch). Dalam unit ini, sejumlah volume larutan umpan disirkulasi melalui modul dengan laju alir yang tinggi. Proses berlanjut hingga pemisahan yang dikehendaki tercapai, selanjutnya larutan konsentrat dikuras dari tangki umpan, dan unit siap untuk mengolah batch kedua larutan. Proses batch cocok untuk operasi skala kecil yang banyak pada industri bioteknologi dan farmasi [Mulder, 1996] Pada proses mikrofiltrasi, untuk mengurangi konsumsi energi dari proses mikrofiltrasi dapat digunakan daripada konfigurasi batch standar yang lebih mudah dan murah. Hal ini dapat mengurangi kebutuhan energi hingga 30-50% dengan rata-rata fluks yang lebih rendah [www.rsc.org].

Sistem Operasi Kontinyu Laju alir kontinu dari umpan digunakan pada proses kontinu. Proses ultrafiltrasi kontiny, dimana mmodul disusun secara seri untuk mendapatkan ]. pemisahan yang diinginkan dalam single pass cukup umum. Dalam sistem ini sejumlah besar volume larutan disirkulasi melalui sejumlah modul membran [Mulder, 1996 Untuk ultrafiltrasi menggunakan sistem feed dan bleed, keuntungannya adalah kecepatan larutan umpan yang tinggi melalui modul dengan mudah dijaga tidak bergantung pada volume larutan yang diolah. Pada banyak pabrik, laju alir larutan dalam sirkulasi sejumlah 5-10 kali laju alir larutan umpan. Laju sirkulasi yang tinggi berarti konsentrasi material yang tertahan dekat dengan larutan bleed dan tinggi secara signifikan dengan konsentrasi larutan umpan [Mulder, 1996]. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

32

Bab 4 Perancangan Proses

Related Inventory Pengandalian Proses : PLC dan OIS Sistem pengendalian berbasis mikroprosesor umumnya terdiri dari sebuah programmable logic controller (PLC) bersama dengan sensor dan alarm. PLC mengendalikan parameter dan alat yang otomatis. PLC diprogram dalam logika tangga dan menyediakan kendali logika pada moda step-wise. [Singh, 2006]

[www.labvolt.com]

Sistem interface operator (OIS) digunakan untuk menunjukkan dan merekam data yang dikumpulkan PLC. OIS dapat berupa sebuah mesin khusus dengan tampilan built-in atau sebuah personal computer (PC) dengan piranti lunak OIS dan PLC interface card. [Singh, 2006]

[www.labvolt.com]

Aplikasi PLC – Sistem Elektro-Mechanik

[www.labvolt.com]

Aplikasi PLC Application – Sistem Elektro-Pneumatik

[www.labvolt.com]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

33

Bab 4 Perancangan Proses

Related Inventory Pompa: Pengendalian Pompa dan Pompa Sentrifugal

Mengatur laju alir dengan discharge throttling pump

Mengatur kecepatan pompa

Mengganti pompa “on” dan “off”

Pengendalian Pompa

Kecepatan pompa dapat dikendalikan menggunakan variable frequency driver (VFD) terutama ketika kapasitas pompa sangat bervariasi. VFD termasuk power recovery turbin elektrik, elektromekanik, mekanik dan hidraulik. Seringnya nyala dan mati dapat merusak pompa dan motor; karenanya tangki penyimpanan dirancang untuk mengakomodasi perubahan level dengan ketersediaan tempat penyimpanan yang memadai (waktu tinggal). Pompa Sentrifugal

Tujuan dari kendali pompa adalah manjaga sejumlah kondisi proses dan beroperasi dengan aman. [Singh, 2006]

Throttling dicapai dengan pengendali laju alir dan sebuah control valve pada aliran dicharge. Aliran yang terkontrol seringkali dicapai dengan selfregulating (modulating) pressure-control valve pada discharge pompa (seperti pada aliran discharge pompa tekanan tinggi RO), atau sebuah flowcontrol valve dan pengendali dengan aliran yang dikonfigurasi pada set point (seperti pada reject flow control RO).

[www.ispautomation.com]

[www.etc.usf.edu]

Pompa Sentrifugal adalah pemindah fluida utama dalam pabrik membran untuk pemisahan cairan. Secara umum, pompa sentrifugal digunakan dalam aliran sedang hingga tinggi dalam kondisi head rendah, dan beroperasi dalam rentang head dan kecepatan yang telah dirancang. [Singh, 2006]

[www.kiwipumps.com]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

34

Bab 4 Perancangan Proses

Model Perpindahan Perpindahan Melalui Membran Berpori Membran berpori digunakan dalam proses mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi. Membran ini terdiri atas matriks polimer dengan pori pada rentang 2 mm hingga 10 µm. Model perpindahan penting untuk mendeskripsikan informasi tentang sifat membran berpori.

Sifat intrinsik membran

Permeabilitas Membran

Adalah nilai yang mengindikasikan kemampuan membran melewatkan molekul air. Permeabilitas sangat dipengaruhi oleh sifat membran.

[Mulder, 1996]

Geometri pori membran Hagen - Poisseulle Aliran dalam membran yang dilihat sebagai sejumlah pori silinder paralel tegak lurus atau miring terhadap permukaan membran Kozeny - Carman Aliran fluida melewati membran yang dilihat sebagai sejumlah bola pejal dengan ruang kosong diantara bola Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

35

Bab 4 Perancangan Proses

Model Perpindahan Perpindahan Melalui Membran Berpori: Perpindahan Gas Aliran Poisseuille Pada aliran Poisseuille, tumbukan antara molekul gas lebih dominan dibandingkan dengan interaksi antara molekul gas dengan dinding pori

Pola aliran pada perpindahan gas melalui membran berpori Aliran Knudsen Aliran Knudsen terjadi pada perpindahan gas melalui membran berpori. Ketika aliran gas melalui pori kecil, tabrakan antara dinding pori dan molekul gas berujung pada aliran laminar Aliran Knudsen dapat diabaikan dalam sistem perpindahan cairan karena jarak yang kecil antar molekul cairan

[Mulder, 1996]

Ketika membran asimetrik atau membran komposit digunakan dalam pemisahan gas, molekul gas cenderung berdifusi dari sisi bertekanan tinggi ke sisi bertekanan rendah. Berbagai mekanisme perpindahan dapat terlihat bergantung pada struktur dari membran asimetrik atau komposit. Pada dasarnya, seluruh mekanisme perpindahan terjadi namun ada struktur-struktur tertentu yang menyebabkan salah satu mekanisme perpindahan menjadi dominan. Pada dinding yang lebar, mekanisme aliran Poisseuille akan mendominasi karena tumbukan molekul dan dinding jarang terjadi. Sebaliknya, aliran Knudsen akan lebih dominan terlihat pada diameter pori yang kecil dibandingkan jari-jari molekul karena tabrakan dengan dinding menjadi lebih sering. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

36

Bab 4 Perancangan Proses

Model Perpindahan Perpindahan Melalui Membran Tak Berpori Ketika ukuran molekul dalam orde yang sama besarnya, seperti oksigen dan nitrogen atau heksana dan heptana, membran berpori tidak dapat memberikan efek yang signifikan pada pemisahan. Pada kasus ini, membran tak berpori harus digunakan. Elemen volume bebas (pori) dalam membran adalah ruang kecil antara rantai polimer yang disebabkan oleh pergerakan termal dari molekul polimer. Volume bebas ini muncul dan hilang dalam jangka waktu yang sama ketika permeat melewati membran Skema aliran melalui membran dense (Baker, 2004) Pada dasarnya, perpindahan gas, uap atau cairan melalui membran padat, tak berpori dapat dideskripsikan dalam istilah mekanisme difusi larutan (diffusion mechanism) Permeabilitas (P) = Kelarutan (S) x Difusivitas(D)

Jumlah penetran terserap dalam membran sangat bergantung pada sifat kimia dari membran dan penetran

Kinetic parameter that indicates how fast a penetrant is transported that is strongly depend on operating condition dan molecular size

Koefisien kelarutan S dari berbagai macam gas pada karet alam

Efek ukuran penetran terhadap D0 ipadapoly(vinyl acetate)

Spesi

Molecular weight

S (cm3cm-3 cmHg-1)

H2

2

0.0005

N2

28

0.0010

O2

32

0.0015

CH4

16

0.0035

CO2

44

0.0120

Spesi

Vm (cm3/mole)

Do (cm2/s)

Air

18

1.2 10-7

Etanol

41

1.5 10-9

Propanol

76

2.1 10-12

Benzene

91

4.8 10-13

[Mulder, 1996] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

37

Bab 4 Perancangan Proses

Model Perpindahan Perpindahan di Membran Penukar Ion Dua gaya di membran penukar ion 1. 2.

Gradien konsentrasi Gradien potensial elektrik

Persamaan Nerst-Planck

Ji  Di

d c z iFc iDi d E  dx RT dx

Ji  Ji , d e f f Ji , e l e c Ji , c o n v Tidak adanya fenomena coupling dan dianggap sebagai kondisi ideal, persamaan extended NerstPlanck:

Ji  Di

d c z iFc iDi d E   c i Jv dx RT dx

Permselektivitas membran dan Donnan Exclusion

𝜳𝒄𝒎

𝑻𝒄𝒎 𝒄 − 𝑻𝒄 = 𝑻𝒂

Ψ adalah permselektivitas dari membran, T adalah transport number, superskrip cm adalah membran penukar kation dan subskrip c dan a adalah kation dan anion. Permselektivitas membran penukar anion analog dengan membran penukar kation.

Tiga mode perpindahan massa dalam membran penukar ion:  Difusi: pergerakan komponen molekular karena gradien lokal dalam potensial kimia  Migrasi: pergerakan ion karena gradien potensial listrik  Konveksi: pergerakan massa karena gaya mekanik seperti gradien tekanan hidrostatik [Strathmann, 2004] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

38

BAB 5

TROUBLE SHOOTING DALAM OPERASI MEMBRAN

Perancangan Kinerja Membran Masalah dalam Operasi Membran: Fouling Fouling dapat didefinisikan sebagai deposisi ireversibel dari partikel, koloid, makromolekul, garam yang tertahan di permukaan membran atau di dalam dinding pori membran, yang menyebabkan pengurangan fluks kontinu. Fouling sangat spesifik untuk aplikasi tertentu dan sulit untuk dijelaskan dengan teori keseluruhan. Hubungan yang sangat sederhana dan banyak digunakan adalah: Fluks sebagai fungsi waktu. Polarisasi konsentrasi dan fouling dapat dibedakan

[Mulder, 1995]

Karakteristik fouling adalah: •

Fluks berkurang namun parameter operasi lainnya seperti tekanan, laju alir, temperatur, dan konsentrasi umpan dijaga konstan

•

Penurunan fluks bersifat searah (ireversibel)

Foulant yang umum: •

Protein pH tinggi disukai foulant protein, tidak hanya karena protein sedikit lebih larut dibandingkan pH rendah, namun juga kemungkinan “peptisasi” (hidrolisis) protein, yang mempercepat pencucian • Minyak, lemak, dan pelumas Endapan lemak memiliki afinitas lebih besar untuk polimer sintetik hidrofobik dibandingkan polimer hidrofilik atau material anorganik namun dapat dihilangkan dengan mudah dari gelas, kemudian stainless steel, akrilik, polietilen, polivinilklorida, dan polisulfon • Karbohidrat Gula berberat molekul rendah segera larut dalam air dan membutuhkan pencuci khusus Material pati, polisakarida, fiber, dan pektin dapat membutuhkan perlakuan khusus • Garam Asam dan agen penyita seperti EDTA digunakan untuk melarutkan foulan garam

Banyak parameter telah dikembangkan untuk mendeskripsikan laju fouling dengan partikel terlarut atau tersuspensi:

[Mulder, 1995] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

39

Bab 5 Trouble Shooting dalam Operasi Membran

Perancangan Kinerja Membran Masalah dalam Operasi Membran : Polarisasi Konsentrasi Model Polarisasi Lapisan Gel Model polarisasi gel sangat mirip dengan model film. Konsentrasi zat terlarut pada permukaan membran dapat mencapai nilai yang sangat tinggi dan konsentrasi meksimum, konsentrasi gel (Cg) dapat dicapai untuk sejumlah zat terlarut makromolekul.

Jika J diplot sebagai fungsi In (Cb) hasilnya adalah garis lurus dengan slope k dan perpotongan absis (J=0) akan mendapatkan nilai ln (Cg).

Model lapisan gel dapat menjelaskan terjadinya pembatasan fluks. Jika zat terlarut ditolak sempurna oleh membran, maka fluks pelarut melalui membran meningkat seiring dengan tekanan hingga konsentrasi kritis tercapai bergantung pada konsentrasi gel cg. Dalam meningkatkan tekanan, konsentrasi zat terlarut pada permukaan membran tidak tidak dapat meningkat lagi (karena konsentrasi maksimum telah tercapai) dan lapisan gel dapat menjadi lebih tebal dan/atau padat. Hal ini mengakibatkan tahanan lapisan gel (Rg) terhadap perpindahan pelarut meningkat, sehingga lapisan gel menjadi faktor pembatas dalam penentuan aliran.

[Baker, 2004]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

40

Bab 5 Trouble Shooting dalam Operasi Membran

Perancangan Kinerja Membran Upaya Troubleshooting : Pre-Treatment

Padatan tersuspensi

Scal e

Koloid

Mikroba

Klorin

H2S

Material Organik

Oksigen Terlarut

pH

Pretreatment Filtrasi Media Granular  Proses ini termasuk filtrasi gravitasi atau tekanan dari air umpan melalui satu atau lebih lapisan dari media granular (contoh: anthracite, pasir silika, garnet)  Menghilangkan >99% padatan tersuspensi  Perbedaan utama antara filter tekanan dan gravitasi adalah head yang dibutuhkan untuk mengalirkan air melalui media unggun dan tipe wadah yang digunakan pada unit penyaringan. [www.indonetwork.co.id]

Koagulasi/Flokulasi  Pemisahan padatan yang dicapai dengan penambahan bahan kimia seperti tawas, garam ion, dan polimer berberat molekul tinggi  Pretreatment yang sangat efektif untuk menghilangkan koloid dan materi tersuspensi  Proses mahal karena dosis kimia dibutuhkan  Sulit untuk dioperasikan karena dosis optimum bergantung pada kualitas influen  Menghasilkan limbah padatan yang membutuhkan pengelolaan dan pembuangan

[chemionengg.com]

Sedimentasi  Sedimentasi biasanya digunakan setelah media granular ketika air umpan pabrik memiliki ratarata turbiditas lebih dari 40 NTU  Harus dirancang untuk memproduksi sumber air tenang dengan kurang dari 2,0 NTU dan SDI terdeteksi (15-min SDI dibawah 6) [www.open.edu] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

41

Bab 5 Trouble Shooting dalam Operasi Membran

Troubleshooting Upaya Troubleshooting : Pencucian Membran harus dicuci umumnya ketika:  Aliran permeat normalisasi bervariasi antara 10-15%  Tekanan umpan normalisasi bervariasi antara 10-15%  Konduktivitas permeat normalisasi bervariasi antara 10-15%  Turun tekan antara umpan dan konsentrat bervariasi antara 10-15% Foulant

Reagen

Waktu & Temperatur

Tindakan

Minyak, lemak, protein, polisakarida, bakteri

0.5N NaOH dengan 200 ppm Cl2

30 - 60 menit 25 – 55oC

Hidrolisis dan oksidasi

DNA, garam mineral

0.1 – 0.5M asam(asetat, sitrat, nitrat)

30 - 60 menit 25 – 55oC

Pelarutan

Minyak, lemak, biopolimer, protein

0.1%SDS; 0.1% Triton X-100;

30 menit-semalaman 25 – 55oC

Pembasahan, emulsifikasi, suspensi, dispersi

Bagian sel, minyak, lemak protein

Enzim, detergen

30 menit-semalaman 30 – 40oC

Pemecahan Katalitik (proteolysis)

DNA

0.5% DNAase

30 menit-semalaman 30 – 40oC

Hidrolisis Enzim

Minyak, lemak, pelumas

20-50% etanol

30 - 60 menit 25 – 55oC

Pelarutan

Faktor Penting dalam Pencucian Material dan Sifat Kimia Membran Mekanika Fluida Waktu

[Cheryan, 1998]

•Menentukan kemampuan membran untuk menahan pengaruh pembersih kimia •Harus dipompakan melalui sistem dalam kondisi turbulen •Tekanan harus serendah mungkin namun konsisten dengan dP yang dibutuhkan untuk menjaga laju alir tinggi •Kebanyakan pembersih kimia melakukan tugasnya dalam 30-60 menit. Pembersihan yang lebih lama setelah waktu optimum dapat menyebabkan refouling dari membran karena efek filtrasi

Temperatur

•Temperatur dari larutan cleaning harus setinggi mungkin, sesuai dengan batas temperatur dari membran/modul

Kualitas Air

•Gunakan air tak-sadah.

pH

•Pembersih alkali yang mengandung NaOH atau KOH efektif untuk bahan organik dan protein •Pembersih asam utamanya digunakan untuk garam anorganik

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

42

BAB 6

APLIKASI INDUSTRIAL

Industri Pengolahan Air Minum Sistem pemurnian air minum rumahan, termasuk tahap reverse osmosis, banyak digunakan untuk memperbaiki air untuk minum dan memasak. [en.wikipedia.org] Sistem demikian biasanya memiliki sejumlah tahap:  Penyaring sedimen untuk memerangkap partikel seperti karat dan kalsium karbonat  Penyaring sedimen kedua (opsional) dengan pori lebih kecil  Penyaring karbon aktif untuk memerangkap bahan kimia organik dan klorin  Penyaring reverse osmosis (RO) (TFM atau TFC)  Penyaring karbon kedua (opsional) untuk menangkap bahan yang dilewatkan RO  Lampu ultraviolet (opsional) untuk desinfeksi mikroba yang dapat lewat penyaringan membran. [en.wikipedia.org]

Sistem reverse osmosis untuk air minum rumah tangga [www.healthgoods.com]

Dalam beberapa sistem, pre-filter karbon dihilangkan dan membran selulos triasetat (CTA) digunakan. Membran CTA cenderung membusuk jika tidak dilindungi dengan air klorin, sedangkan membran TFC cenderung rusak dibawah pengaruh klorin. Dalam sistem CTA, post-filter karbon dibutuhkan untuk menghilangkan klorin dari produk akhir. [en.wikipedia.org] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

43

Bab 6 Aplikasi Industrial

Pengolahan Air Limbah: MBR Teknologi MBR banyak dipandang sebagai state of the art, namun juga terkadang dilihat sebagai resiko tinggi dan sangat mahal dibandingkan dengan teknologi konvensional seperti pengolahan lumpur aktif dan turunannya [Frost dan Sullivan, 2003]. Karena pabrik pengolahan air limbah yang ada jatuh tempo untuk retrofit dan upgrade, hal ini diharapkan bahwa kesempatan untuk aplikasi teknologi MBR akan meningkat, terutama di USA.

Kubota, Kingston Seymour plant (Judd, 2006) Percobaan pilot yang berhasil dari proses MBR Kubota di Kingston Seymour pada pertengahan 1990an. Percobaan tersebut kemudian berujung pada instalasi pabrik di Porlock pada February 1998, dan pabrik yang lebih besar di Swanage pada tahun 2000 untuk pengolahan limbah. Spesifikasi pabtik Kubota, Kingston Seymour Parameter

Spesifikasi

Parameter

Spesifikasi

Lokasi

Kingston Seymour

Jumlah modul

300

Fungsi

TSS, COD/BOD removal, dan nitrification / denitrification

Total luas permukaan membran (duty / standby)

240 m2, (2:1 duty/standby hence 1800 m2 duty)

Material membran

Hydrophilicised PE

Air umpan

Screened raw Sewage

Konfigurasi membran

Immersed FS

TMP (bar)

0.1

Ukuran pori membran

0.4 (Nominal), <1 (Operating)

Fluks (LMH)

22

Modul membran

0.8 m2panel

Laju produksi (MLD)

0.13

[Judd, 2006]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

44

Bab 6 Aplikasi Industrial

Industri Pangan: Pemrosesan Susu Diantara industri makanan, pemrosesan susu mungkin memiliki share yang terbesar dari kapasitas membran yang terpasang. Pemrosesan whey keju, produk samping dari pabrik keju, adalah aplikasi komersial pertama. "Nanofiltrasi" atau "RO longgar" memiliki aplikasi khusus dalam industri susu. Penggunaan reverse osmosis bergantung pada biaya energi yang berlaku karena merupakan subtitusi dari evaporasi termal. [Cheryan dan Alvarez,1995]

[Cheryan dan Alvarez,1995]

Penghilangan parsial atau total dari protein whey dari susu oleh membran MF berukuran pori 0.1– 0.2 µm

UF dari permeat MF menggunakan membran dengan MWCO ≤ 20 kDa

Pencampuran retentat MF dan permeat UF

Aplikasi evaporasi vakum dan spray drying dari campuran dengan panas sedang untuk memproduksi susu bubuk rekombinan untuk pabrik keju mozzarella

[Pabby, dkk, 2009] Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

45

Bab 6 Aplikasi Industrial

Industri Minuman: Produksi Bir Setelah tahap fermentasi dan aging bir menjadi keruh. Meskipun setelah aging bir dipisahkan dari sebaagian besar ragi yang terendapkan di bawah tangki. Kekeruhan dihasilkan oleh ragi yang tertinggal. Konsentrasi sel ragi sekitar 200,000 sel/mL umum untuk bir setelah pemisahan dari bawah tangki-dan dari komponen pembentuk kabut dari bir. [Cheryan, 1998]

Turbiditas bir hasil penyaringan Mikrobiologi dari Bir Botol

Penghilangan sel ragi

Filtrasi akhir Bir

Peralatan filtrasi membran untuk filtrasi bir. (Sartorius GmbH, Göttingen, Germany). [Pabby, dkk, 2009]

Bir yang disaring melalui sistem BMF menunjukkan tingkat lebih rendah dari komponen aging. Setelah tiga bulan penyimpanan perbedaan antara kedua bir menjadi lebih besar, mendukung bir hasil penyaringan. [noritpt.com]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

46

Bab 6 Aplikasi Industrial

Bioteknologi: Recovery dan Pemekatan Protein Kebutuhan untuk memekatkan protein post klarifikasi, ketika konsentrasi protein rendah post purifikasi dengan proses yang signifikan mengencerkan protein Sebagai tahap pemekatan final sebelum isolasi produk dan formulasi  

Daya tarik UF dalam pemekatan protein

Tefisiensi energi Minimalisir denaturasi protein

Enzim yang merupakan molekul protein biasanya diambil dari kaldu fermentasi dengan klarifikasi UF telah digunakan untuk prapemekatan sebelum pengeringan akhir

Recoveries > 95% untuk UF, dibandingkan 60-90 % untuk evaporasi vakum

Purifikasi Antibodi Monoklonal Proses menggunakan membran 100 kDa MWCO PS UF pada kaset plate and frame untuk memekatkan batch 0.28 m3.

Membran

UF

memekatkan

antibodi IgG2a (berat molekul 146 kDa) dengan faktor rata-rata 10-20 dan mencapai recovery antibodi. Setelah

purifikasi

kromatografi eluen, antibodi

dengan

afinitas,

fraksi

mengandung

banyak

dipekatkan

hingga

konsentrasi total protein 20 g dm-3 dengan UF.

Scott, 1995 Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

47

Bab 6 Aplikasi Industrial

Industri Farmasi: Produksi Antibiotik Benzyl penicillin ( Penicillin G)

Pada tahun 1928, Sir Alexander Fleming mengamati koloni bakteri Staphylococcus aureus dapat dihancurkan oleh jamur Penicillium notatum, membuktikan bahwa ada agen antibakterial secara prinsip

Untuk beberapa antibiotik semisintetik, fermentasi digunakan untuk membuat produk intermediet yang diumpankan ke dalam reaksi kimia untuk memproduksi produk akhir.

Phenoxymetyl penicillin (Penicillin V)

[students.hthcv.hightechhigh.org]

Product outlet

Drain

Drain Skema proses hidrolisis penicillin G menjadi 6 – APA dan PAA dengan enzim acylase [itech.dickinson.edu]

Hidrolisis penicillin G menjadi asam 6- aminophenicillanic (6-APA) dan asam phenyl-acetic (PAA) dengan enzim penicillin acylase. Enzim diperangkap dalam pori membran hollow fiber. HFMBR terdiri atas dua tabung gelas dengan ukuran pori 0.2 μm, ketebalan 0.2 mm, diameter dalam 1.5 mm dan panjang efektif 100 mm Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

48

Bab 6 Aplikasi Industrial

Aplikasi Medis: Hemodialisis Ginjal adalah komponen penting dari sistem ekskresi tubuh dan mekanisme regulasi asambasa. Setiap tahun satu dari sepuluh ribu mengalami gagal ginjal irreversibel. Sebelum 1960, kondisi ini umumnya fatal, namun kini sejumlah metode pengobatan dapat menjaga pasien ini Hemodialisis sejauh ini merupakan yang terpenting, dan kurang lebih 800.000 pasien di seluruh dunia diuntungkan dari proses ini

Stamatialis, 2008 Prinsip dari hemodialisis sama dengan metode dialisis lainnya, melibatkan difusi zat terlarut melalui membran semipermeabel

Stamatialis, 2008 Penghilangan cairan (ultrafiltrasi) dicapai dengan mengubah tekanan hidrostatik dari kompartemen dialisat, menyebabkan air bebas dan beberapa zat terlarut melewati membran karena gradien tekanan

en.wikipedia.org

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

49

Bab 6 Aplikasi Industrial

Industri Kimia: Kimia Organik Pewarna Desalting tuntas meningkatkan stabilitas produk, meningkatkan kelarutan pewarna. Dengan menggunakan NF, produksi pewarna meningkat 8% dengan tingkat penghilangan garam 98-99 % (membran yang digunakan biasanya MWCO 200-300 Da) [Schafer, dkk, 2005]

Sistem yang dipasang adalah sistem RO multi tahap untuk mengolah air cucian dan sistem NF untuk perolehan kembali garam dari efluen bak pewarna. Sistem ini dipasang sebagai pengolahan sekunder setelah pengolahan primer dari koreksi pH dan pengurangan BOD/COD [permionics.com] Tinta NF digunakan untuk dekolorisasi efluen yang mengandung tinta pulpen [Schafer, dkk, 2005] Beberapa area aplikasi penting: • Pemekatan garam logam berat seperti nikel, zink, kadmium, sianida, timah, dkk untuk perolehan kembali dan pengamanan pembuangan secara bersamaan. • Pengambilan kembali logam mahal untuk ekonomi proses [permionics.com] Industri Kertas Karena meningkatnya kesadaran lingkungan dan peraturan ketat, industri kertas dan selulosa dituntut untuk mengurangi konsumsi air mereka.

Tipe filter membran yang dapat digunakan adalah: Mikrofiltrasi (MF), Ultra filtrasi (UF) dan Nano filtrasi (UF). Ada beberapa pengalaman dengan tipe membran baru, membran keramik [lenntech.com]

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

50

BAB 7

PERKEMBANGAN TERKINI DAN PROSPEK MASA DEPAN

Teknologi Membran yang Menjanjikan

Tidak melibatkan perubahan fasa atau tambahan bahan kimia Sederhana dalam konsep dan operasi

Modular sehingga mudah scale up Efisiensi tinggi akan bahan baku dan potensi daur ulang byproduk

Ukuran alat dapat dikurangi

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

51

Bab 7 Perkembangan Terkini dan Prospek Masa Depan

Tantangan

Fluks Permeasi yang rendah

Biaya peralatan atau operasi yang sangat tinggi

Fouling membran

Disebabkan oleh

Keterbatasan aplikasi membran

Permselektivitas yang tidak memadai

Ketahanan atau waktu servis membran yang tidak memadai

- Struktur atau sifat bawaan membran - Konfigurasi atau perancangan modul membran - Strategi atau kombinasi pengelolaan fluida yang tidak tepat

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

52

Bab 7 Perkembangan Terkini dan Prospek Masa Depan

Emerging Processes                               

Membran Reaktor Pd-Ag untuk Hidrogen dengan umpan Syngas Membran Kristalisator untuk Kristalisasi Selektif Polimorf Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell (PEMFC) Pemulihan Aroma dengan Pervaporasi Kristalizer Membran untuk Nanofiltrasi Larutan Brine Membran PEEK Termodifikasi dan Membran Polimer Flour Sistem Mega Magnum Osmotik Membran Alat Recovery Energi Reverse Osmosis Membran Carbon Nanotube Membran Bioreaktor Forward Osmosis Fulleren Pencegah Biofouling pada Membran Mikrofiltrasi Membran Distilasi Bioreaktor Membran Terintegrasi untuk Desalinasi Desalinasi Inland Membran Sensor Membran Asimetris Berstruktur Nano Penghilangan Boron dengan SWRO Produksi Kristal dengan Bentuk dan Ukuran Tertentu Menggunakan Membran Kristalisator Menggabungkan Gugus Amino dalam Jaringan Polimer sebagai Komposit Membran Aquaporin Nanofiltrasi sebagai Pretreatment Reverse Osmosis Forward Osmosis (FO) Pemisahan Udara pada Temperatur Tinggi Membran untuk Organ Buatan Sistem Membran Biohybrid Menggunakan Hepatosit Perkembangan Terkini dalam Membran Reaktor Enzimatik Membran dalam Rekayasa Jaringan Emulsifier Membran Perkembangan Terkini dalam Membran Bipolar Sistem Membran Non-Modular

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

53

Daftar Pustaka 1. A.S. Michaels, Membranes, Membrane Processes, and their Applications: Needs, Unsolved Problems, and Challenges of the 1990’s, Desalination 77 (1990) 5-34 2. Asano, Takashi, ed. Wastewater Reclamation and Reuse: Water Quality Management Library. Vol. 10. CRC Press, 1998. 3. B. Sauvet-Goichon, Ashkelon desalination plant – A successful challenge, Desalination 203 (2007) 75–81. 4. B. Smith et al, 2000. Short-Bed Demineralization: An Alternative to Electrodeionization. Eco-Tec Inc. 5. Baker, R.W. (2005) Membrane Technology and Applications. 2nd Edition edn. John Wiley & Sons, Ltd. , 6. Benfer. S, P. Arki, G. Tomandl, 2004. Ceramic Membranes for Filtration Applications – Preparation and Characterization. Advanced Engineering Materials 6, 495 – 500. 7. Bouhidel, K.E. and A. Lakehal, 2006. Influence of voltage and flow rate on electrodeionization (EDI) process efficiency. Desalination 193: 411–421 8. Burggraaf, A.J., K. Keizer. 1991. Inorganic Membranes: Synthesis, Characteristics, and Application, edited by Ramesh R. Bhave. Van Nostrad Reinhold. 9. C.C. Chau and J.-H. Im, Process of Making a Porous Membrane, US Patent 4,874,568 (October, 1989). 10. Cheryan, M. (1998). Ultrafiltration and Microfiltration Handbook, Technomic Publishing Company, Inc., Pennsylvania. 11. Cheryan, M., Alvarez, Jose. R. 1995. Food and Beverage Industry Applications In Membrane 12. Claudio RONCO,1 Andrew DAVENPORT,2 Victor GURA., Journal of Artificial Kidney., 2008; 12:S40– S47. 13. Drioli, Enrico. Lidietta Giorno. 2009. Membrane operation. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 14. E. Drioli, L. Giorno, Membrane Operations Innovative Separations and Transformation, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, Weinheim, Germany, 2009. 15. Frost and Sullivan. 2003. MBR: A buoyant reaction in Europe, Report, June 2003, Frost and Sullivan. 16. G. Lopatin, L.Y. Yen and R.R. Rogers, Microporous Membranes from Polypropylene, US Patent 4,874,567 (October, 1989). 17. Ganzi,G.C.,and Parise,P.L.(1990).The production of pharmaceutical grades of water using Continuous deionization post-reverse osmosis. .Parenter .Sci.Technol .Parenter .Drug Assoc.,Volume 44,Issue 4, pp.231–241. 18. Ganzi,G.C.1988. Electrodeionization for High-purity Water Production. InK.K.Sirkarand D.R.Lloyd(Eds.),New membrane materials and processes for separation. AIChE Symposium series,No.261,Vol.84,pp.73–83. 19. H.A. Gardner and G.G. Sward, Physical and Chemical Examination of Paints, Varnishes, Lacquers, and Colors, 11th ed., H.A. Gardner Laboratory, Maryland (1950). 20. H.S. Bierenbaum, R.B. Isaacson, M.L. Druin and S.G. Plovan, Microporous Polymeric Films, Ind. Eng. Chem. Proc. Res. Dev. 13, 2 (1974). 21. H.S. Muralidhara, Challenges of Membrane Technology in the XXI Century, in Z.F. Cui, H.S. Muralidhara, Membrane Technology. A Practical Guide to Membrane Technology and Applications in Food and Bioprocessing, Elsevier: 2010, p. 19-31 22. hhttp://itech.dickinson.edu/chemistry/wp-content/uploads/2008/04/penicillin-core1.png 23. Ho, C, Wood, J. Design, construction and operation of a 6,730 gpm RO/CEDI system for Con Edison’s East River Repowering Project, The International Water Conference, Pittsburgh, PA, USA. October. 2006. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

54

Daftar Pustaka 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43. 44. 45. 46. 47. 48.

49. 50. 51. 52. 53. 54. 55.

http://cmm.mrl.uiuc.edu/images/AxisUl1.jpg http://cmm.mrl.uiuc.edu/images/SIMS_640x480.jpg http://en.wikipedia.org/wiki/File:Rubber_plateau.svg http://en.wikipedia.org/wiki/Reverse_osmosis http://en.wikipedia.org/wiki/Scanning_electron_microscope http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_photoelectron_spectroscopy http://students.hthcv.hightechhigh.org/~pdeleon/10/mc/myspace/Images/482pxSEM_blood_cells.jpg http://www.flickr.com/photos/44290727@N07/4109948126/sizes/o/in/set-72157622731791006/ http://www.gkss.de/institute/polymer_research/structure/geestacht/equipment/membranes/inde x.html.en#HF http://www.grasys.com/ http://www.igu.org/html/wgc2009/papers/docs/wgcFinal00529.pdf http://www.lenntech.com/demi-water.htm#ixzz0kZYHvQBA http://www.natcogroup.com/bin/webroot/files/Gas_Processing/Offshore-Processing-Plant-UsesMembranes-For-CO2-Removal.pdf http://www.permionics.com/ http://www.pharmainfo.net/reviews/osmotic-controlled-drug-delivery-system http://www.pmiapp.com/products/animations/bubble_point.html http://www.pmiapp.com/products/images/machines/new_bpt.jpg http://www.pmiapp.com/products/liquid_permeameter.html http://www.ramehart.com/goniometers/contactangle.htm http://www.rsc.org/ejga/GC/2008/b810009h-ga.gif http://www.spintek.com/stc.htm http://www.veoliawaterst.es/lib/vws-iberica/1D83i1gpgSOUC16IpY861a6A.pdf http://www.wateronline.com/doc/membrane-filters-save-on-separating-mixed-wat-0001 http://www.wvnet.org/downloads/posted%20apr172005%20PSIG/Mark%20Place_Zenon_Membr ane%20Technologies%20for%20Enhanced%20Nutrient%20Removal%208Apr05.pdf Inoue, S., Kuroda, O., 1993, Electrodialysis desalination system powered by photovoltaic power generation, Industrial Application of Ion Exchange Membranes, vol. 2. Research group of electrodialysis and membrane separation technology, Soc. Sea Water Sci., Japan, pp. 151–157. Ismail, A.F. & David, L.I.B. (2001) A review on the latest development of carbon membranes for gas separation. Journal of Membrane Science. 193(1), 1-18. J. Caro, M. Noack, P. Kölsch, R. Schäfer, Zeolite membranes – state of their development and prespective. Micropor. Mesopor. Mater. 38 (2000) 3. J. Wood et al, 2010. Production of ultrapure water by continuous electrodeionization. Desalination 250: 973–976 J.D. Gifford and D. Atnoor, 2000. An Innovative Approach to Continuous Electrodeionization Module and System Design for Power Applications. International Water Conference, October 22-26 Jayaraman, V. et al. Fabrication of ultrathin metallic membranes on ceramic supports by sputter deposition. Journal of Membrane Science 99 (1995) 89-100. Jiang Haiyang, Zhang Baoquan, Y.S. Lin, Li Yongdan. Synthesis of Zeolite Membranes. Chinese Science Bulletin 2004 Vol. 49 No. 24 2547 – 2554. John A.Howell. 2004. The Membrane Alternative: Energy Implications for Industry. Elsevier Science Publishing Co. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

55

Daftar Pustaka 56. Judd, Simon. 2006. the MBR book: principles and applications of membrane bioreactors in water and wastewater treatment. Elsevier. 57. K.M. Song, W.H. Hong. Dehydration of ethanol and isopropanol using tubular type cellulose acetate membrane with ceramic support in pervaporation process. Journal of Membrane Science 123 (1997) 27-33. 58. Kislik, V.S. (2010) Liquid Membranes. Elsevier, Amsterdam 59. Kislik, V.S. (2010) Liquid Membranes. Elsevier, Amsterdam 60. Kislik, V.S. (2010) Liquid Membranes. Elsevier, Amsterdam 61. Klaassen, R., Feron, P. & Jansen, A. (2008) Membrane contactor applications. Desalination. 224(1– 3), 81-87. 62. Klaassen, R., Feron, P. & Jansen, A. (2008) Membrane contactor applications. Desalination. 224(1– 3), 81-87. 63. Klaus-Viktor Peinemann and Suzana Pereira Nunes. 2008. Membranes for Energy Conversion. WILEY-VCH Verlag GmbH &Co.KGaA, Weinheim 64. Kobuchi, Y., Matsunaga, Y., Noma, Y., Hanada, F., 1987. Application of ion-exchange membranes to the recovery of acids by diffusion dialysis and electrodialysis, in: Synthetic Polymeric Membranes, edts.: Sedlacek, B., Kahovec, J.,pp. 412-428, W. de Gruyter, Berlin, Germany. 65. Kobuchi, Y., Motomura, H., 1983. Demineralization of whey by multistage continuous electrodialysis system, Presented at the International Membrane Technology Conference, November 8-10, 1983, Sydney Australia. 66. Kobuchi, Y., Motomura, H., Noma, Y., Hanada, F., 1986. Application of ion-exchange membranes to the recovery of acids by diffusion dialysis, J. Membrane Sci., 27:173-179. 67. Korngold, E., Kock, K., Strathmann, H., 1978. Electrodialysis in advanced waste water treatment, Desalination, 24: 129-139. 68. Larbot, A., A. Julbe, C. Guizard and L. Cot. 1989. Silica Membranes by the sol-gel process. Journal of Membrane Science 44 : 289 – 303. 69. Li, Norman, A.G. Fane, W.S.W. Ho, T. Matsuura. 2008. Advanced Membrane Technology and Application, John Wiley & Sons, Inc, Hoboken, New Jersey. 70. Lin, Y.S. Microporous and dense inorganic membranes: current status and prospective. Separation and Purification Technology 25 (2001) 39–55. 71. M.C. Porter, A Novel Membrane Filter for the Laboratory, Am. Lab. November (1974). 72. M.T. So, F.R. Eirich, H. Strathmann and R.W. Baker, Preparation of Anisotropic Loeb–Sourirajan Membranes, Polym. Lett. 11, 201 (1973). 73. Mulder, Marcel. 1996. Basic Principle of Membrane Technology, Kluwer Academic Publishers, Netherlands. 74. Noble, R.D. and Stern, S.A. (1995). Membrane Separations Technology, Principles and Applicatons, Elsevier Science B.V., 75. Pabby, Anil. K., Rizvi, Syed. S. H., Sastre, Ana Maria. 2009. Handbook Of Membrane Separations: Chemical, Pharmaceutical, Food, and Biotechnological Applications. CRC Press. 76. Post, Jan W, et al. 2007. Salinity-gradient power: Evaluation of pressure-retarded osmosis and reverse electrodialysis. Journal of Membrane Science 288:218–230 77. San Román, M.F., Bringas, E., Ibañez, R. & Ortiz, I. (2010) Liquid membrane technology: fundamentals and review of its applications. Journal of Chemical Technology & Biotechnology. 85(1), 2-10. 78. Sanchez Marcano, J.G. & Tsotsis, T.T. (2000) Membrane Reactors. In: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. p^pp. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.. Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010

56

Daftar Pustaka 79. Sata, Toshikatsu. 2004. Ion Exchange Membranes Preparation, Characterization, Modification and Application. The Royal society of chemistry Saufi, S. M., and Ismail, A. F. (2004). Fabrication of carbon membranes for gas separation—A review. Carbon 42, 241–259. 80. Scott, K. (1995). Handbok of Industrial Membranes 1st ed., Elsevier Science Publishers Ltd. 81. Scott, K. 1998. Handbook of Industrial Membranes, Elsevier Advanced Technology, UK. 82. Seong, Jun Hyun, Tae Kyung Park, Jang-oo Lee. 1989. The Effects of Inorganic additives contained in precipitant (water) in formation mechanism of asymmetric polysulfone membrane. Polymer (Korea) 14,1. 83. Singh, Rajindar. 2006. Hybrid Membrane Systems for Water Purification: Technology, Systems Design and Operations. Elsevier Science & Technology Books 84. Strathmann, Heinrich. 2004. Ion-Exchange Membrane Separation Process. Elsevier. 85. Susanto, Heru and Mathias Ulbricht. 2009. Polymeric Membranes for Molecular Separation Membrane Operations. Innovative Separations and Transformations. edited by Enrico Drioli and Lidietta Giorno. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. 86. Sutherland, K. Profile of the international membrane industry: market prospects to 2008 – 3rd ed. Elsevier, 2004. 87. T. Ichikawa, K. Takahara, K. Shimoda, Y. Seita and M. Emi, Hollow Fiber Membrane and Method for Manufacture Thereof, US Patent 4,708,800 (November, 1987). 88. Tanaka, Yoshinobu. 2007. Ion Exchange Membranes: Fundamentals and Applications. Elsevier. 89. Tanninen, J., et al. 2004. Pretreatment and hybrid processes, in Nanofiltration (eds. A.I. Schafer, A.G. Fane, T.D. Waite). Elsevier: Oxford, UK. 241-262. 90. Tavolaro, Adalgisa, Enrico Drioli. 1999. Advanced Materials 1999 11, No 12 975 – 996. 91. Tong, Jinhua et al. Preparation of thin Pd membrane on CeO2-modified porous metal by a combined method of electroless plating and chemical vapor deposition. Journal of Membrane Science 269 (2006) 101–108. 92. Voutchkov, N., Semiat, R. 2008. Advanced Membrane Technology and Applications Edited by Norman N. Li, Anthony G. Fane, W. S. Winston Ho, and T. Matsuura. John Wiley & Sons, Inc. 93. Winston Ho and Sirkar, Kamalesh K, Membrane Handbook, Van Nostrand Reinhold, New York, 1992 94. www.ameridia.com/html/ebp.html 95. www.ameridia.com/html/elea.html 96. www.ameridia.com/html/tec.html 97. www.apps.who.int 98. www.astom-corp.jp 99. www.bccresearch.com 100.www.dow.com/liquidseps/lit/edi_lit.html 101.www.etc.usf.edu 102.www.hydrotech.cn 103.www.ispautomation.com 104.www.kiwipumps.com 105.www.labvolt.com 106.www.noritpt.com 107.Zhang, Xiaoliang, Guoxing Xiong, Weishen Yang. A modified electroless plating technique for thin dense palladium composite membranes with enhanced stability. Journal of Membrane Science 314 (2008) 226–237.

Wenten dkk., Institut Teknologi Bandung, 2010 View publication stats

57