Kekurangan air adalah salah satu masalah paling kritis yang perlu diatasi dengan baik karena sebagian besar aktivitas manusia sehari-hari bergantung pada air. Peningkatan populasi manusia mencerminkan banyak kebutuhan akan pasokan air bersih. Di sisi lain, sumber air bersih dari alam tidak terisi kembali untuk mengakomodasi kebutuhan penggunaan air penduduk, yang juga terus menerus menghasilkan air limbah. Hal ini menyebabkan distribusi air bersih yang tidak adil, dan mempengaruhi banyak orang di seluruh dunia, yang mengalami kekurangan akses ke air minum dan menghadapi hambatan untuk memenuhi irigasi sepanjang tahun di sektor pertanian. Apalagi, proses pengolahan air yang ada dengan menggunakan selain MD masih membutuhkan energi tinggi untuk dioperasikan, yang merupakan sesuatu yang perlu dihindari karena efisiensi yang lebih rendah dan biaya operasi yang lebih tinggi. Menghibridisasi sinergi antara teknologi MD yang inovatif dan berbasis energi rendah dan sumber daya air tak terbatas seperti air laut adalah solusi yang sangat potensial untuk memiliki teknologi reklamasi air yang berkelanjutan. Proses MD dapat digunakan sebagai pengganti proses desalinasi konvensional, misalnya reverse osmosis (RO), yang digunakan secara komersial saat ini.
Ada beberapa keuntungan menggunakan proses MD jika dibandingkan dengan proses RO. Keuntungannya adalah proses MD menghasilkan kemurnian distilat 30 kali lebih tinggi dari proses RO, proses MD beroperasi pada tekanan yang lebih rendah, yang menghemat lebih banyak konsumsi energi daripada proses RO, dan karakteristik hidrofobik dari membran MD melakukan fouling dan polarisasi konsentrasi yang lebih rendah. Dengan memilih bahan membran yang sesuai dengan sifat hidrofobik, MD mampu mengurangi interaksi kimia antara membran dan larutan umpan, sehingga mampu menarik perembesan air bersih. Dari sudut pandang desain dan konfigurasi, MD lebih ringkas dibandingkan dengan sistem RO.
Hidrofobisitas membran telah menjadi perhatian khusus dalam studi MD. Sifat hidrofobik membran mencegah penetrasi cairan melalui membran. PVDF adalah salah satu bahan hidrofobik yang memiliki stabilitas yang sesuai dalam termal dan ketahanan kimia yang sesuai. Polimer bertipe fluoro ini juga fleksibel, mudah diproses, dan memiliki sifat mekanik yang sangat baik. Untuk lebih meningkatkan daya saing membran PVDF dalam aplikasi pengolahan limbah dan air limbah, modifikasi permukaan ditemukan sebagai solusi yang menjanjikan. Sifat hidrofobisitas/hidrofilisitas PVDF dapat dimodifikasi dengan memasukkan aditif seperti makromolekul pengubah permukaan (SMM). SMM adalah polimer yang tersedia dalam struktur hidrofobik dan hidrofilik tergantung pada gugus fungsi yang melekat pada ujung ekor polimer. SMM yang bersifat hidrofobik yang secara struktural berakhir dengan gugus fluorohidrokarbon disingkat BSMM, sedangkan SMM hidrofilik dengan gugus akhir fungsi hidroksil disingkat LSMM.
Tujuan pengintegrasian LSMM pada sisi permeat dari membran MD secara teoritis dapat memberikan permeasi fluks yang lebih tinggi dengan menciptakan kondisi hidrofilik pada sisi lumen (untuk serat berlubang) dengan konfigurasi aliran lapisan atas (untuk flat sheet) membran sebagai uap akan mengalir ke atas dari lapisan bawah yang dialirkan oleh larutan umpan panas. Skema pengaturan konfigurasi itu akibatnya akan memicu perembesan yang lebih tinggi. Penggunaan LSMM memberikan beberapa keuntungan, seperti dapat meningkatkan viskositas larutan dope yang selanjutnya mempengaruhi ketebalan dan kekompakan membran yang dibuat. Selain itu, dengan memasukkan variasi LSMM, penelitian ini akan mengetahui batasan jumlah penggunaan LSMM untuk mencegah kemungkinan terjadinya fenomena pembasahan.
Oleh karena itu studi tentang investigasi pengaruh pencampuran LSMM dengan PVDF/PEG sebagai bahan dasar dilakukan dalam desalinasi air laut. Ini tidak hanya mengeksplorasi karakteristik morfologi dari membran yang dimodifikasi tetapi juga menilai sifat permukaannya melalui pengukuran sudut kontak dan uji permeasi MD.
Metode
Membran disiapkan menggunakan satu set peralatan pemintalan melalui pemisahan fase yang diinduksi nonsolvent (NIPS). Proses dimulai dengan membuat spinning dope setelah pellet PVDF dikeringkan untuk mengurangi kadar air. LSMM dilarutkan dalam pelarut DMAc dengan jumlah yang bervariasi mulai dari 0, 3, 4, dan 5 wt.%. Pelarutan kemudian dilanjutkan dengan penambahan PVDF dan dilanjutkan dengan pengadukan pada suhu 60◦C selama 24 jam. PEG kemudian ditambahkan ke dalam dope dan terus diaduk selama 2 jam sampai larutan menjadi lebih homogen. Saat larutan dihilangkan gasnya, larutan tersebut kemudian dimasukkan ke dalam anulus pemintal dengan bantuan pompa roda gigi; sedangkan fluida bor (air suling) dialirkan melalui ban dalam pemintal dengan bantuan pompa peristaltik. Membran serat berongga yang dihasilkan diambil oleh drum yang berputar dan direndam dalam bak air keran selama 72 jam untuk menghilangkan sisa pelarut. Pada langkah terakhir, membran dikeringkan selama minimal 3 hari sampai siap digunakan.
Untuk proses modifikasi permukaan dengan metode dip-coating, salah satu ujung serat hollow PVDF/PEG/LSMM disumbat menggunakan epoksi untuk menghalangi masuknya larutan coating ke dalam sisi lumen. Sebagai larutan pelapis dibuat dengan melarutkan 1 wt. % BSMM ke dalam pelarut campuran 5 wt. % NMP dan 95 berat. % Etanol, membran kemudian dicelupkan ke dalam larutan pelapis selama 30 detik dan dikeringkan di udara sekitar selama sehari.
Sudut kontak air (WCA), Field Emission Scanning Electron Microscope (FESEM), Differential Scanning Calorimeetry (DSC) digunakan untuk menyelidiki karakteristik fisik dan morfologi membran. Fluks permat dan penolakan garam diamati kinerja membran.
Hasil
Pengaruh penggabungan LSMM dalam membran serat berongga PVDF/PEG yang dilapisi oleh BSMM telah diselidiki. Membran dievaluasi dengan uji proses fisik, struktural, dan MD. Hasil karakterisasi bahwa membran hollow fiber PVDF/PEG/LSMM-BSMM memiliki morfologi struktur seperti jari dua lapis dan cenderung hidrofilik dengan hasil sudut kontak air bervariasi dari 94,43◦ sampai 107,94◦. Sifat termal membran hollow fiber menunjukkan bahwa penambahan kedua LSMM berpengaruh terhadap titik leleh membran. Membran modifikasi memiliki titik leleh sekitar 161 C, lebih tinggi dari penelitian sebelumnya tentang membran unmodified (PVDF/PEG). Dengan memperkenalkan membran berlapis ganda yang terdiri dari sifat hidrofobik dan hidrofilik pada lapisan luar dan dalam membran PVDF, masing-masing telah meningkatkan penolakan garam dan fluks. Studi ini mengungkapkan bahwa beban LSMM pada 4 wt. % adalah membran terbaik untuk MD untuk mencapai hasil yang stabil dalam kinerja penolakan fluks dan garam. Namun, membran fabrikasi dalam 3 wt. % dari beban LSMM dapat dianggap sebagai membran yang menjanjikan karena permeasi fluksnya yang luar biasa ketika diterapkan di air laut nyata
Penulis: Yanuardi Raharjo, Ph.D.
Informasi lengkap dari penelitian ini dapat dilihat pada artikel kami di:
https://www.mdpi.com/2077-0375/11/12/924/htm
Mochammad Purwanto, Nindita Cahya Kusuma, Ma’rup Ali Sudrajat, Juhana Jaafar, Atikah Mohd Nasir, Mohd Haiqal Abd Aziz, Mohd Hafiz Dzarfan Othman, Mukhlis A Rahman, Yanuardi Raharjo, dan Nurul Widiastuti
