Air laut telah diidentifikasi sebagai sumber potensial untuk penggunaan industri dan air minum. Teknologi membran yang menjanjikan dapat menghasilkan air bersih dari air laut melalui proses desalinasi. Teknologi membran merupakan proses pemisahan yang menggunakan lapisan semipermeabel selektif. Saat ini, membran reverse osmosis (RO) banyak digunakan untuk proses desalinasi karena kesederhanaannya dalam pengoperasian dan selektivitas yang tinggi. Namun, proses RO membutuhkan tekanan tinggi dalam operasinya yang dapat menyebabkan konsumsi energi yang tinggi dan mahal. Isu ini telah memprakarsai pembuatan teknologi membran hibrida inovatif yang dapat beroperasi secara ekonomis seperti distilasi membran (MD).
Selama ini hidrofobisitas membran menjadi perhatian khusus dalam studi MD. Tujuan penggunaan bahan hidrofobik di MD adalah hanya memungkinkan transfer uap melalui pori-pori dan sepenuhnya menahan aliran cairan memasuki pori-pori. Karena konsep MD menggunakan perbedaan tekanan uap transmembran sebagai penggeraknya, fase uap akan menjadi kondensat dan menjadi permeat cair sedangkan retentat berada dalam fase cair. Untuk kasus penggunaan air laut sebagai larutan umpan, air garam pekat adalah retentate.
Pada penelitian ini, modifikasi hidrofilik-hidrofobik diaplikasikan ke dalam membran hollow fiber PVDF melalui proses dry-wet jet spinning dan metode dip-coating. Lapisan hidrofilik di sisi dalam membran secara langsung dikontakkan dengan aliran permeat sedangkan lapisan luar yang dilapisi oleh zat hidrofobik digunakan untuk aliran umpan. Membran fabrikasi pada kompoisis yang berbeda dikarakterisasi pada morfologi membran, sifat fisik membran, dan permeasi fluks melalui proses skema MD dengan metode kontak langsung.
Pelet PVDF dikeringkan menggunakan oven pada suhu 70◦C untuk menghilangkan kadar airnya. Makromolekul Pengubah Permukaan Hidrofilik PVDF/PEG/Hidrofilik dibuat dengan melarutkan Makromolekul Pengubah Permukaan Hidrofilik dalam DMAC. Pelet PVDF ditambahkan ke dalam larutan Hydrophilic Surface Modifying Makromolekul dan diaduk selama 24 jam pada suhu 60◦C. PEG kemudian ditambahkan ke larutan dope dan diaduk selama 2 jam lagi untuk mendapatkan larutan yang homogen. Larutan dope di ultrasonikasi sebelum proses pemintalan untuk menghilangkan gelembung udara yang terperangkap di dalam larutan. Membran serat berlubang dipintal pada suhu kamar (30◦C) dengan teknik pemintalan basah-kering.
Modifikasi membran hollow fiber PVDF/PEG/ Hydrophilic Surface Modifying Makromolekul dilakukan melalui metode dip-coating. Coating agent dibentuk dengan melarutkan Makromolekul Pengubah Permukaan Hidrofobik ke dalam pelarut campuran NMP dan Ethanol dengan perbandingan 5:95. Membran serat berongga dicelupkan ke dalam bahan pelapis selama 30 detik. Ini untuk memastikan Makromolekul Pengubah Permukaan Hidrofobik dilapisi pada permukaan luar membran serat berongga. Sisi ujung serat disumbat menggunakan epoksi untuk mencegah aliran larutan ke dalam serat lumen. Membran dikeringkan selama sehari pada suhu kamar. Membran yang dihasilkan pada penelitian ini dicirikan oleh water contact angle (WCA), fourier transform infra-red (FTIR), scanning electron microscope (SEM), differential scanning calorimetry (DSC), dan liquid entry pressure of water (LEPw). Oleh karena itu, membran yang dihasilkan diuji kinerjanya dengan menggunakan fluks permeat dan rejeksi garam.
Membran serat berongga PVDF/PEG/ Hidrofilik Pengubah Permukaan yang dilapisi oleh Makromolekul Pengubah Permukaan Hidrofobik berhasil dibuat. Berdasarkan hasil karakterisasi, membran hollow fiber PVDF/PEG/Makromolekul Pengubah Permukaan Hidrofilik/Makromolekul Pengubah Permukaan Hidrofobik memiliki morfologi struktur seperti jari dan tampak hidrofobik. Membran ini memiliki sudut kontak air berkisar antara 94,43◦ sampai 118,76◦. Sifat termal menunjukkan bahwa membran Makromolekul Pengubah Permukaan Hidrofobik PVDF/PEG/Hidrofobik memiliki titik leleh tertinggi 160.612⸰C yang mencerminkan ketahanan yang baik dalam operasi termal. Uji kinerja penolakan garam dari membran serat berongga yang dimodifikasi juga meningkat dari 97,80% menjadi 99,99%.
Penulis: Yanuardi Raharjo, Ph.D.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2213343721005595
Nindita Cahya Kusuma, Mochammad Purwanto, Ma’rup Ali Sudrajat, Mohd Hafiz Dzarfan Othman, Mohd Haiqal Abd Aziz, Yanuardi Raharjo, Mohammed Rasool Qtaishat.
Fabrikasi dan karakterisasi membran serat berlubang PVDF termodifikasi yang dilapisi dengan makromolekul pengubah permukaan hidrofobik untuk aplikasi desalinasi, Jurnal Teknik Kimia Lingkungan 9 (2021) 105582.
