Sebagian besar polimer yang digunakan untuk aplikasi pemisahan cairan adalah membran polisulfon (PSF). Hemodialisis merupakan salah satu aplikasi yang menggunakan membran PSF. Bahkan, hemodialisis akan menghilangkan kelebihan air dan sisa metabolisme (seperti urea dan kreatinin) melalui proses difusi dan konveksi melalui membran berpori dan mengembalikan sebagian keseimbangan air-larutan dalam tubuh pasien. Keberhasilan pengobatan dalam hemodialisis ditentukan oleh jenis membran yang digunakan. Namun, karena sifat hidrofobik PSF, penyumbatan terhadap membran cenderung terjadi. Oleh karena itu, ditambahkan aditif hidrofilik dalam larutan dope, yaitu IONPs-ALG untuk memperbaiki sifat membran HF.
Morfologi membran hemodialisis dipengaruhi oleh parameter spinning yang diterapkan selama pembentukan membran. Ada beberapa faktor yang terlibat dalam proses parameter pemintalan seperti jarak celah udara antara spinneret dengan bak koagulan, laju ekstrusi dope, laju aliran dan jenis larutan fluida pengisi bagian dalam pada pembentukan hollow, desain pemintal, keadaan koagulan dan suhu. Diantara semua parameter pemintalan dari proses pemintalan HF dengan metode basah kering, jarak celah udara menjadi salah satu perhatian banyak peneliti. Mereka telah menunjukkan bahwa jarak celah udara dalam produksi membran HF memainkan peran penting dalam mengubah morfologi membran, terutama lapisan kulit, kekuatan mekanik, dan kinerja pemisahan. Meskipun demikian, celah udara juga dapat mempengaruhi morfologi dan permeasi membran HF, terutama antar membran dengan formulasi yang berbeda.
Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Khayet menunjukkan bahwa ketebalan dinding membran HF polyvinylidene fluoride (PVDF) menurun dengan meningkatnya celah udara, tetapi diameter bagian dalam tetap hampir konstan dengan celah udara 1 cm hingga 80 cm. Selanjutnya, dengan meningkatnya jarak celah udara, kinerja permeabilitas air murni dari PVDF menurun. Sebaliknya, karena penurunan ukuran pori membran, pemisahan zat terlarut meningkat. Selain itu, penelitian menggunakan matriks polietersulfon (PES) melaporkan bahwa ukuran pori pada permukaan luar membran HF meningkat seiring dengan peningkatan celah udara, sehingga meningkatkan fluks air. Namun, ini akan menurunkan tingkat penolakan terhadap bovine serum albumin (BSA). Selain itu, Said dkk. telah melaporkan bahwa dengan meningkatkan jarak celah udara, ukuran pori rata-rata pada permukaan luar meningkat. Studi ini mengungkapkan bahwa fluks air murni (PWF) dan penolakan BSA tertinggi dicapai pada jarak celah udara yang tinggi. Dari studi yang dilaporkan, jelas menunjukkan bahwa jarak celah udara memainkan peran penting dalam morfologi dan kinerja serat berlubang. Namun perlu diperhatikan juga bahwa masih tergantung pada jenis polimer, konsentrasi polimer dan penambahan aditif.
Metode
Larutan dope polimer yang terdiri dari 18 wt% PSF/4,8 wt% PVP dan 2,1 wt% IONPs-ALG dengan pelarut NMP disiapkan untuk perneleitian ini. Larutan dope diaduk selama semalam untuk mendapatkan larutan yang homogen. Membran hollow fiber dibuat melalui proses dry-wet spinning dengan menggunakan air sebagai fluida bore dan bak koagulan pada suhu kamar. Diameter luar dan dalam spinneret yang digunakan berturut-turut adalah 0,8/0,4 mm. Celah udara divariasikan pada 10, 30, 50 dan 70 cm, sedangkan laju ekstrusi larutan dope dan laju alir fluida bor dijaga konstan pada masing-masing 1 mL/menit. Kecepatan rol pengambil membran disesuaikan berdasarkan celah udara yang digunakan untuk menghindari kerusakan serat selama pemintalan. Membran serat berongga disimpan dalam air selama 72 jam pada suhu 25 ⸰C untuk menghilangkan sisa pelarut. Membran kemudian direndam dalam gliserol 10% selama 24 jam dan dikeringkan pada suhu kamar selama 7 hari.
Membran yang dihasilkan pada penelitian ini dikarakterisasi menggunakan water contact angle (WCA), porositas dan ukuran pori, serta scanning electron microscope (SEM). Selanjutnya, membran yang dihasilkan diuji kinerjanya dengan menggunakan permeabilitas air (PWP) dan rejeksi bovine serum albumin (BSA).
Hasil
Pengaruh jarak celah udara terhadap morfologi membran PSF/IONPs/ALG HF dan sifat anti-fouling berhasil dipelajari pada penelitian ini. Dari segi morfologi, membran yang dipintal pada jarak celah udara 10 cm menunjukkan struktur seperti sandwich, sedangkan membran yang diputar pada celah udara yang lebih tinggi menunjukkan struktur serupa yang memiliki struktur asimetris seperti jari dengan makrovoid dan spons kompak seperti sublapisan. Ketebalan membran juga menurun dengan bertambahnya jarak celah udara hingga batas tercapai. Namun demikian, porositas dan ukuran pori membran HF tampak meningkat dengan meningkatnya jarak celah udara. Hasil uji kinerja membran menunjukkan bahwa PWP dan penolakan BSA mencapai nilai tertinggi pada jarak celah udara 50 cm, masing-masing 51,23 L/m2 /jam/bar dan 96,53%. Uji anti-fouling juga menunjukkan bahwa adsorpsi protein lebih sedikit terjadi pada jarak celah udara 50 cm. Hal ini menunjukkan bahwa jarak celah udara merupakan salah satu parameter kunci dalam pemintalan membran HF. Namun, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk memperbaiki struktur dan kinerja membran HF yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi hemodialisis.
Penulis: Yanuardi Raharjo, Ph.D.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2214785321013110
Sarina Mat Rosid, H. Hasbullah, Yanuardi Raharjo, Ahmad Fauzi Ismail, M.H.D. Othman, S.H.S.A. Kadir, F. Kamal, M.S. Abdullah, B.C. Ng
Pengaruh Jarak Spinneret dengan bak Koagulan pada Pencetakan Membran Hollow Fiber PSF/Ionps/ALG terhadap Morfologi dan Sifat Antifouling , Materials Today: Proceedings 46 (2021) 1929-1933.https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.02.224
