Apa itu teknologi membran?
Teknologi membran memungkinkan pemisahan spesies yang berbeda dari aliran cairan atau gas.
Membran adalah bahan semi-permeabel: mereka secara selektif membiarkan spesies tertentu lewat, sambil menahan yang lain. Agar pemisahan terjadi, gaya penggerak harus diterapkan pada membran untuk menyebabkan satu spesies menembus membran. Kekuatan pendorong ini seringkali berupa tekanan, panas, atau gradien konsentrasi, bergantung pada proses membran yang diterapkan. Proses pemisahan yang memanfaatkan teknologi membran sering lebih disukai karena efisiensi energi, modularitas, dan footprint proses yang kecil, dibandingkan dengan proses pemisahan konvensional seperti distilasi dan ekstraksi.
Membran untuk aplikasi yang digerakkan oleh tekanan
Struktur dan kinerja membran dapat bervariasi secara signifikan untuk proses yang berbeda. Dalam pemisahan cair, membran terutama dikategorikan menurut ukuran komponen yang dapat dipisahkan dari aliran umpan. Untuk proses pemisahan aliran cairan yang digerakkan oleh tekanan, ada kategori membran berikut:
- membran mikrofiltrasi (MF) memiliki ukuran pori terbesar dan dapat menghilangkan spesies besar dengan diameter > 1 mm seperti bakteri, protozoa, dan zat koloid.
- membran ultrafiltrasi (UF) memiliki pori-pori yang lebih kecil yang dapat menolak spesies > 100 nm seperti protein dan bahan organik alami dan sering digunakan untuk proses seperti dialisis.
- membran nanofiltrasi (NF) menghilangkan spesies terlarut yang lebih kecil dengan berat molekul 150 – 1000 g mol-1, seperti virus, ion multivalen, dan molekul organik kecil.
- reverse osmosis (RO) menolak ion terkecil dan bahan organik dengan berat molekul sekitar 100 g mol-1 dan karena itu digunakan untuk desalinasi air.
Prinsip kerja membran yang digerakkan oleh tekanan
Pengangkutan aliran umpan cair melintasi membran dan penolakan zat terlarut bervariasi untuk kelas membran yang berbeda. MF dan UF memiliki pori-pori berbeda yang memungkinkan aliran konvektif cairan sambil mencegah zat terlarut besar melintasi membran. Sebaliknya, NF dan RO memiliki lapisan pemisahan polimer padat yang membutuhkan spesies untuk menyerap ke dalam lapisan polimer dan berdifusi melewatinya. Akibatnya, pemisahan dalam NF dan RO didominasi oleh interaksi yang lebih rumit yang bergantung pada ukuran, muatan, dan afinitas zat terlarut dan pelarut untuk lapisan polimer padat.
Osmosis balik
Reverse osmosis (RO) mendapatkan namanya dari pembalikan osmosis alami dengan penerapan tekanan. Dalam proses RO, gradien tekanan diterapkan untuk desalinasi aliran air garam dengan memungkinkan perembesan air selektif dan penolakan garam oleh membran semipermeabel.
Struktur membran RO biasanya asimetris atau komposit film tipis (TFC), di mana lapisan pemisah yang tipis dan padat berada di atas lapisan pendukung yang lebih berpori. Membran RO canggih adalah TFC dengan lapisan pemisahan poliamida padat (tebal 50 – 200 nm, ukuran elemen volume bebas ~5 Å) dengan lapisan pendukung polisulfon (tebal 100 mm, ukuran pori 10 nm). Penolakan zat terlarut terutama didominasi oleh pengecualian ukuran dan pengecualian dielektrik. Mekanisme ini menghasilkan trade-off permeabilitas-selektif, di mana permeabilitas air menurun ketika penolakan garam meningkat, dan sebaliknya. Memaksimalkan permeabilitas dan selektivitas diinginkan, sehingga banyak ilmuwan membran berusaha untuk mendorong batas pertukaran ini.
| Testing condition | Seawater RO | Brackish water RO |
|---|---|---|
| Feed salinity (ppm NaCl) | 32 000 | 2,000 |
| Feed temperature (°C) | 25 | 25 |
| Hydraulic pressure (bar) | 55.15 | 15.5 |
| Filtration mode | Cross-flow | Cross-flow |
|
Note: Standard testing conditions are based on industry-reported conditions found in product datasheets dupont and toray |
||
