Membran

Definisi membran dan pemisahan membran

Kata membran berasal dari bahasa latin “membrana” yang berarti kulit kertas. Saat ini kata “membran” telah diperluas untuk menggambarkan suatu lembaran tipis fleksibel yang bertindak sebagai pemisah selektif antara dua fase karena sifat semipermeabelnya. Membran merupakan penghalang tipis antara dua fase yang secara selektif dapat melewatkan spesi-spesi tertentu dari aliran fluida dan memiliki ketebalan yang cukup kecil dibandingkan dengan luasnya, oleh karena itu membran bersifat semipermeabel (Fransiska dkk, 2008).  

Membran dapat didefinisikan juga sebagai material berpori yang dapat dilewati molekul air dan secara bersamaan menahan molekul yang ukurannya lebih besar. Pemisahan yang terjadi pada membran disebabkan adanya gaya dorongan yang melewati membran tersebut (Mulder, 1996).

 Teknologi membran memiliki beberapa keunggulan, yaitu dapat memisahkan spesi-spesi kimia secara spesifik, dapat beroperasi pada suhu rendah, hemat energi, prosesnya tidak dekstruktif terhadap zat-zat yang dipisahkan, dan tidak menimbulkan dampak negatif terhadap lingkungan. Sedangkan kekurangan dari pemisahan menggunakan membran adalah dapat terjadinya penyumbatan (fouling), perlu back washing, waktu hidup yang singkat, permeabilitas dan selektifitas yang rendah sehingga perlu optimasi (Fransiska dkk, 2008).

Pemisahan yang terjadi pada membran umumnya disebabkan oleh gaya dorongan yang diberikan pada fase umpan (feed). Berdasarkan hal tersebut, membran dapat dibagi menjadi empat kelompok umum yang bisa dilihat pada Tabel 1.

Tabel 3. Klasifikasi membran berdasarkan gaya dorongan

Jenis membran	Ukuran pori (µm)	Gaya dorong	Berat molekul (Dalton)	Spesi yang mampu dipisahkan
Mikrofiltrasi	0,1 – 10	0,5-2 bar        (max 3,5 bar)	100000 -500000	Bakteri, lemak
Ultrafiltrasi	0,001- 0,1	± 10 bar	1000-100000	Vitamin, protein, misel
Nanofiltrasi	0,0001-0,001	15-25 bar	100-1000	Laktosa, garam divalen
Osmosis terbalik	< 0,0001	Perbedaan konsentrasi (tekanan osmotik )	<100	Garam, ion antibiotic

Sumber : (Mulder (1996), Sharma, (2012)

              Berdasarkan Molecular Weight Cut Off  (MWCO), spesi yang dapat melewati membran mikrofiltrasi adalah yang memiliki berat molekul <100000 atau dalam rentang 100000-500000 Dalton MWCO. Demikian pula untuk jenis membran yang lainnya. Membran Ultrafiltrasi memiliki MWCO <1000 Dalton, membran nanofiltrasi berkisar anatara 150-600 Dalton, dan membran Osmosis terbalik sekitar 50-100 Dalton.

       Menurut Mulder (1996), klasifikasi membran berdasarkan strukturnya dibagi menjadi 2 yaitu:

1.     Membran berpori (porous membran)

              Prinsip pemisahan membran berpori didasarkan pada perbedaan ukuran partikel dengan ukuran pori membran. Ukuran pori membran memegang peranan penting dalam pemisahan. Membran dengan jenis ini biasanya digunakan untuk mikrofiltrasi (melewatkan air, menahan mikroba) dan ultrafiltrasi (melewatkan air menahan garam mineral).

2.   Membran non pori (non-porous membran)

              Pada membran tidak berpori ini prinsip pemisahannya didasarkan pada perbedaan kelarutan dan kemampuan berdifusi.  Sifat intrinsik polimer membran mempengaruhi tingkat selektivitas dan permeabillitas. Membran jenis ini digunakan untuk proses permeasi gas, pervaporasi dan dialisis.        

2.1.2.    Karakterisasi membran

Efisiensi dari suatu membran dapat dilihat dari dua parameter yaitu permeabilitas dan permselektifitas. Tingginya permeabilitas dan permselektifitas akan menentukan mutu suatu membran tersebut.

1.    Permeabilitas Membran

Merupakan fluks atau kecepatan permeasi yang dapat diartikan sebagai volume yang melewati membran persatuan luas dalam satuan waktu tertentu dengan adanya gaya penggerak berupa tekanan yang tergantung pada jumlah dan ukuran pori. Permeabilitas membran dilihat dari nilai fluks. Semakin besar ukuran pori-pori membran menunjukkan bahwa volume yang dihasilkan sebagai nilai fluks juga besar. Penentuan fluks sebagai satuan waktu dapat dihitung dengan persamaan:

                                                                    (1)

Keterangan:

J: Fluks cairan (mL/cm².s), V: Volume permeat (mL), A: Luas permukaan (cm²), dan t: Waktu permeat (detik). Grafik fluks terhadap tekanan akan menghasilkan garis lurus dan kemiringannya (slope) merupakan nilai Lp: permeabillitas (mL/cm².s.bar) sesuai dengan persamaan (2).

Jw = Lp . ΔP                                                          (2)

2.     Selektivitas Membran

Selektivitas menggambarkan kemampuan membran untuk memisahkan spesi tertentu yang dinyatakan dengan koefisien rejeksi. Koefisien rejeksi (R) adalah fraksi konsentrasi  zat yang tertahan oleh membran. Semakin besar harga R semakin selektif membran tersebut dalam melewatkan partikel-partikel dalam larutan umpan.Perhitungan koefisien rejeksi dihitung melalui persamaan:

                                                      (3) Keterangan:

R = Koefisien rejeksi, C_p adalah konsentrasi zat terlarut di dalam permeat dan C_b adalah rata-rata konsentrasi zat terlarut didalam umpan (feed) dan retentat.

3.   Morfologi Membran

Morfologi membran merupakan salah satu karakterisasi yang mampu memberikan informasi tiga dimensi dari permukaan dan struktur membran tersebut sehingga bisa memberikan penjelasan atas nilai permeabillitas dan selektivitas membran. Metode Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan karakterisasi yang dapat digunakan untuk melihat morfologi dan distribusi pori membran dan mampu melihat suatu permukaan dengan pembesaran dari 20 sampai 100.000 kali. Prinsip kerja SEM adalah permukaan contoh ditembakkan oleh elektron berenergi tinggi dengan energi kinetik antara 1-25 kV, elektron yang langsung menumbuk contoh ini dinamakan elektron primer, sedangkan elektron yang terpantul dari contoh dinamakan elektron sekunder. Elektron sekunder yang berenergi rendah dilepaskan dari atom-atom yang ada pada permukaan contoh dan akan menentukan bentuk rupa contoh (Fransiska dkk, 2008). Pelapisan membran dengan logam misalnya emas agar membran tidak hancur atau rusak akibat tembakan elektron dengan energi tinggi (Mulder, 1991).

             

            Hasil penelitian yang dilakukan oleh Andriansyah (2005) menunjukkan bahwa diameter pori yang dihasilkan oleh membran selulosa bakteri berkisar antara 1,60 – 3,00 μm. Maka dengan membandingkan dengan spesifikasi membran yang dikemukakan oleh Mulder (1996) dapat diketahui bahwa membran  selulosa bakteri merupakan jenis membran mikrofiltrasi, sebab kisaran pori-porinya termasuk dalam kisaran yang dimiliki oleh membran mikrofiltrasi yakni 0,10-10,00 μm.