5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Desalinasi Air Laut

Proses produksi air bersih dengan metode desalinasi dilakukan melalui

beberapa tahapan, meliputi: pengambilan air laut, pengolahan awal air laut, proses

pemisahan garam, dan pengolahan akhir.

Pengambilan air laut

Tahapan paling awal dalam proses desalinasi adalah pengambilan air laut sebagai

bahan baku proses. Metode yang umum dilakukan adalah dengan pemasangan

pipa kearah laut hingga jarak beberapa kilometer dari pantai. Hal ini dilakukan

untuk memperoleh air laut dengan kualitas baik yang terhindar dari pergerakan

sedimen permukaan yang umumnya terjadi pada laut kedalaman dangkal. Laju

alir pengambilan air laut dilakukan secara lambat untuk mencegah masuknya

biota laut ke dalam pipa.

Pengolahan awal bertujuan untuk mengkondisikan bahan baku, dalam hal

kandungan pengotor, agar ramah bagi proses utama desalinasi. Pengotor yang

biasa terkandung dalam air laut mencakup makromolekul (pasir dan biota laut

termasuk ikan, alga dll.) dan mikromolekul (unsur penyebab sedimentasi,

kristalisasi dan fouling). Teknik yang dilakukan pada umumnya mencakup

koagulasi-flokulasi-sedimentasi (coagulation-flocculation-sedimentation),

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

6

membran tekanan rendah (low pressure membran), penyaringan dengan media

(media filter) dan catridge filter.

Proses Inti

Pada tahapan ini, bahan baku yang telah mengalami pengolahan awal akan

mengalami proses penyisihan garam sehingga menghasilkan air bersih.

Berdasarkan teknik pemisahan garamnya, proses desalinasi dikategorikan menjadi

dua: berbasis panas dan berbasis membran.

Pada proses berbasis panas, bahan baku dikondisikan mendidih pada tekanan

rendah sehingga menghasilkan uap air pada temperatur rendah. Pada proses ini,

hanya air saja yang mengalami penguapan, sehingga setelah pengumpulan dan

pengkondensasian uap, akan dihasilkan air bersih tanpa garam dan pengotor.

Multistage flash distillation dan multi effect distillation adalah contoh teknologi

desalinasi dengan berbasis panas.

Pengolahan akhir

Kondisi air murni dengan konsentrasi ion rendah dalam produk desalinasi perlu

disesuaikan agar nyaman saat dikonsumsi dan tidak merusak pipa distribusi.

Untuk konsumsi, air murni tidak berasa, perlu adanya penambahan mineral

supaya rasanya sesuai dengan kualitas air minum: rasa menyegarkan dari air

berasal dari kandungan mineral. Kandungan ion yang minimal dapat memicu

proses korosi pada pipa distribusi karena kecenderungan pengikatan ion-ion metal

pipa agar keseimbangan kimia air tercapai. Pada tahapan akhir penambahan

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

7

mineral dilakukan pada aliran produk sehingga dihasilkan produk air bersih

dengan kualitas air minum.

2.2 Membran Keramik

Keramik dapat di definisikan menjadi sebuah senyawa padatan yang

terbentuk melalui panas, atau kombinasi panas dan tekanan, yang tersusun

setidaknya dari dua unsur yang salah satu diantara unsur penyusunnya adalah

unsur padatan non logam. Unsur lainnya dapat berupa logam atau unsur non

logam lainnya. (Barsoum,1997).

Membran keramik dapat digambarkan sebagai sebagai sebuah media selektif

permiabel yang mempunyai pori dengan diameter tertentu dimana faktor

permeabilitas dan separasi merupakan indicator – indicator yang paling penting

dalam menentukan performanya. Untuk sebuah membran keramik berpori

(porous), terdapat ciri – ciri tertentu yaitu jika dilihat dari ketebalan, ukuran pori

dan permukaan porositas dari membran (Li, 2007).

Membran keramik berpori adalah membran dengan tipe asimetrik yang

memiliki ketebalan support sekitar 1 – 3 mm. Lapisan mikrofiltrasi biasanya

berukuran 10 – 30μm dan oksida yang umum digunakan untuk membran adalah

zirconia (ZrO2) dan alumina (Al2O3). Membran ultrafiltrasi tebalnya hanya

beberapa mikrometer dan terbuat dari alumina, zirconia, titania (TiO2) dan cerium

(CeO2). Membran nanofiltrasi ketebalannya kurang dari 1μm, umumnya terbuat

dari zirconia dan titania. Support dan lapisan mikrofiltrasi dihasilkan dari teknik

keramik klasik, dimana proses sol-gel digunakan untuk lapisan ultra dan

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

8

nanofiltrasi. Membran keramik kebanyakan dibuat dalam dua bentuk geometri

utama : tubular dan flat. Membran keramik terutama yang berbasis Palladium

telah lama digunakan pada mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi karena sifatnya yang

stabil terhadap pengaruh panas, bahan kimia dan solvent (Baker 2004).

Kelebihan membran keramik terletak pada kestabilan temperaturnya yang

baik, tahan terhadap senyawa kimia, degradasi biologis ataupun mikroba. Sifat-

sifat menunjukkan keunggulan bila dibandingkan dengan membran yang terbuat

dari senyawa polimer, dan relatif mudah untuk dibersihkan dengan cleaning agent.

Ketahanan terhadap zat kimia menyebabkan membran keramik banyak digunakan

pada prosesing makanan, produk bioteknologi dan farmasi. Kekurangan membran

keramik terutama timbul dari proses preparasinya dimana sangat sulit mencapai

kualitas produk akhir yang reproducible. Hal ini karena pada dasarnya sifat brittle

dari membran keramik membuatnya lebih mahal daripada sistem membran

polimer. Selain itu, harga sistem membran meningkat signifikan seiring dengan

meningkatnya kebutuhan sifat-sifat produk, antara lain porositas, ukuran pori,

reproducibility, dan reliability.

Kinerja atau efisiensi perpindahan didalam membran ditentukan oleh dua

parameter ryaitu fluks dan rejeksi. Permeabilitas sering disebut juga sebagai

kecepatan permeatatau fluks adalah ukuran kecepatan suatu spesi melewati

membran persatuan luas danwaktu dengan gradien tekanan sebagai gaya

pendorong. Faktor ynag mempengaruhi permeabilitas adalah jumlah dan ukuran

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

9

pori, interaksi antara membran dan larutan umpan, viskositas larutan serta tekanan

dari luar. Fluks (Jv) dirumus sebagai berikut :

dengan : Jv = fluks (ml/cm2. kgf/ cm2. det), V = volume permeat (ml), A

= luas permukaan membran (cm2), t = waktu (jam)

Selektifitas yang parameternya dinyatakan sebagai koefisian penolakan

atau koefisien rejeksi adalah ukuran kemampuan membran menahan suatu spesi.

Faktor yang mempengaruhi selektifitas adalah besarnya ukuran partikel yang akan

melewatinya, interaksi antara membran dan larutan umpan dan ukuran pori.

Koefisien rejeksi (R) dirumuskan sebagai berikut :

dengan: R = koefisien rejeksi, Cp = konsentrasi permeat dan Cf =

konsentrasi umpan.

2.3. Zeolit

Zeolit merupakan mineral yang istimewa karena struktur kristalnya mudah

diatur, sehingga dapat dimodifikasikan sesuai dengan keperluan pemakai dan

dapat digunakan untuk tujuan tertentu. Karena keistimewaannya itu zeolit dapat

digunakan dalam berbagai kegiatan yang luas, seperti penukar ion, adsorben, dan

katalisator.

2.3.1 Pengertian Zeolit

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

10

Penemuan zeolit di dunia dimulai dengan ditemukannya Stilbite pada

tahun 1756 oleh seorang ilmuwan bernama A. F. Constedt. Constedt

menggambarkan kekhasan mineral ini ketika berada dalam pemanasan terlihat

seperti mendidih karena molekulnya kehilangan air dengan sangat cepat. Sesuai

dengan sifatnya tersebut maka mineral ini diberi nama zeolit yang berasal dari dua

kata Yunani, zeo artinya mendidih dan lithos artinya batuan. Diberi nama zeolit

karena sifatnya yaitu mendidih dan mengeluarkan uap jika dipanaskan.

Para ahli mineralogi memperkirakan bahwa zeolit alam berasal dari muntahan

gunung berapi yang membeku menjadi batuan vulkanik, batuan sedimen, batuan

metamorfosa, dan selanjutnya melalui pelapukan karena pengaruh panas dan

dingin yang terjadi dalam lubang-lubang dari batuan lava basal (traps rock) dan

butiran halus dari batuan sediment piroklastik (tuff). Pada umumnya komposisi

zeolit alam mengandung klinoptilolit, mordenit, chabazit, dan erionit. Kristal-

kristalnya terbentuk dari proses hydrothermal yang melibatkan reaksi antara

larutan garam atau dengan aliran lava.

Zeolit merupakan mineral yang terdiri dari kristal alumiosilikat terhidrasi yang

mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensinya.

Zeolit merupakan kristal alumina-silika yang mempunyai struktur berongga atau

berpori dan mempunyai sisi aktif yang bermuatan negatif yang mengikat secara

lemah kation penyeimbang muatan. Zeolit terdiri atas gugusan alumina dan

gugusan silika-oksida yang masing–masing berbentuk tetrahedral dan saling

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

11

dihubungkan oleh atom oksigen sedemikian rupa sehingga membentuk kerangka

tiga dimensi.

Karakteristik umum dari sebuah zeolit adalah memiliki struktur 3-dimensi

dengan 4 struktur kerangka penghubung dari tetrahedra TO4 (unit bangunan

dasar), dimana T adalah kation yang terkoordinasai secara tetrahedral (T=Si atau

Al). Zeolit merupakan material kristal alumina silika berpori yang berstruktur tiga

dimensi yang terbentuk dari tetrahedra alumina dan tetrahedra silika dengan

rongga-rongga yang berisi ion-ion logam, biasanya logam-logam alkali atau alkali

tanah (terutama Ca dan Na) dan molekul air yang dapat bergerak dengan bebas di

dalam rongga zeolit.

Karena keragaman struktur dan komposisi kimia dari material zeolit, maka

banyak ditemukan definisi tentang zeolit. Tetapi syarat utama dari suatu material

zeolit adalah adanya struktur terbuka dengan pori-pori dan rongga di mana ion

dan molekul tambahan bisa bergerak secara bebas

2.3.2 Mineralogi Zeolit

Zeolit termasuk ke dalam golongan tectosilica yang termasuk keluarga

mineral felspars dan felspathoid. Felspars mempunyai kerangka yang lebih

kompak tanpa rongga. Sehingga kation tidak dapat dengan mudah bergerak

kecuali ikatan kerangka rusak, dan penggantian kation selalu melibatkan

perubahan dalam rasio Si/Al. Sedangkan felspathoid memiliki struktur berongga

yang berisi molekul air dan kation. Felspathoids memiliki kerangka yang lebih

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

12

terbuka sehingga ion dapat dipindahkan, dihapus, atau dipertukarkan melalui

rongga tanpa mengganggu kerangka. Seperti kation, molekul air dapat juga

dihapus dan diganti tanpa mengganggu ikatan kerangka. Felspars adalah mineral

aluminosilica anhidrat dengan densitas 2.6-2.7 g/cm3, diikuti oleh felspathoids

(densitas 2.3-2.5 g/cm3) dan zeolit (densitas 2-2.3 g/cm3). Zeolit dan moleculer

sieve lainnya, adalah padatan mikroporous dengan berbagai sifat fisika kimia.

2.3.3 Sifat – sifat Zeolit

Zeolit mempunyai sifat-sifat kimia, diantaranya :

A. Dehidrasi

Sifat dehidrasi zeolit berpengaruh terhadap sifat serapannya. Keunikan zeolit

terletak pada struktur porinya yang spesifik. Pada zeolit alam didalam pori-

porinya terdapat kation-kation atau molekul air. Bila kation-kation atau molekul

air tersebut dikeluarkan dari dalam pori dengan suatu perlakuan tertentu maka

zeolit akan meninggalkan pori yang kosong

B. Penyerapan

Dalam keadaan normal ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air

yang berada disekitar kation. Bila zeolit dipanaskan maka air tersebut akan keluar.

Zeolit yang telah dipanaskan dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan

C. Penukar Ion

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

13

Ion-ion pada rongga berguna untuk menjaga kenetralan zeolit. Ion-ion ini dapat

bergerak bebas sehingga pertukaran ion yang terjadi tergantung dari ukuran dan

muatan maupun jenis zeolitnya. Sifat sebagai penukar ion dari zeolit antara lain

tergantung dari sifat kation, suhu, dan jenis anion (Bambang P, dkk, 1995).

D. Katalis

Zeolit sebagai katalis hanya mempengaruhi laju reaksi tanpa mempengaruhi

kesetimbangan reaksi karena mampu menaikkan perbedaan lintasan molekular

dari reaksi. Katalis berpori dengan pori-pori sangat kecil akan memuat molekul-

molekul kecil tetapi mencegah molekul besar masuk. Selektivitas molekuler

seperti ini disebut molecular sieve yang terdapat dalam substansi zeolit alam

(Bambang P, dkk, 1995).

E. Penyaring / Pemisah

Zeolit sebagai penyaring molekul maupun pemisah didasarkan atas perbedaan

bentuk, ukuran, dan polaritas molekul yang disaring. Sifat ini disebabkan zeolit

mempunyai ruang hampa yang cukup besar. Molekul yang berukuran lebih kecil

dari ruang hampa dapat melintas sedangkan yang berukuran lebih besar dari ruang

hampa akan ditahan (Bambang P, dkk, 1995).

2.4 Titanium Dioksida (TiO2)

Titanium dioksida (TiO2) juga bisa disebut Titania atau Titanium (IV)

oksida merupakan bentuk oksida dari titanium secara kimia dapat dituliskan TiO2.

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

14

Senyawa ini dimanfaatkan secara luas dalam bidang anatas sebagai pigmen,

bakterisida, pasta gigi, fotokatalis dan elektroda dalam sel surya. Titanium

dioksida (TiO2) dapat dihasilkan dari reaksi antara senyawa titanium tetraklorida

(TiCl4) dan O2 yang dilewatkan melalui lorong silika pada suhu 700oC. Senyawa

TiO2 bersifat amfoter, terlarut secara lambat dalam H2SO4(aq) pekat, membentuk

kristal sulfat dan menghasilkan produk titanat dengan alkali cair. Sifat senyawa

TiO2 adalah tidak tembus cahaya, mempunyai warna putih, lembam, tidak

beracun, dan harganya relatif murah. Titanium dioksida dapat dihasilkan dari

proses sulfat ataupun klorin.

Titanium dioksida (TiO2) memiliki tiga fase struktur kristal, yaitu anatas, rutil,

brookit. Akan tetapi hanya anatas dan rutil saja yang keberadaanya di alam cukup

stabil. Kemampuan fotoaktivitas semikonduktor TiO2 dipengaruhi oleh morfologi,

luas permukaan, kristanilitas dan ukuran partikel. Anatas diketahui sebagai kristal

titania yang lebih fotoaktif daripada rutil. Hal ini disebabkan harga Eg TiO2 jenis

anatas yang lebih tinggi yaitu sebesar 3,2 eV sedangkan rutil sebesar 3,0 eV.

Harga Eg yang lebih tinggi akan menghasilkan luas permukaan aktif yang lebih

besar sehingga menghasilkan fotoaktivitas yang lebih efektif . Bentuk titanium

dioksida yang stabil adalah rutil, dimana bentuk lain titanium dioksida berubah

pada suhu tinggi. Rutil mempunyai struktur kristal mirip dengan anatas, dengan

pengecualian bahwa Ti-O oktahedral patungan 4 sisi bukan 4 sudut. Struktur rutil

dan anatas dapat digambarkan sebagai rantai octahedral TO6 kedua struktur kristal

dibedakan oleh distorsi oktahedral dan pola susunan rantai oktahedralnya.

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

15

Serbuk TiO2 dengan struktur rutil paling luas penggunaanya karena indeks

biasnya yang tinggi, warna yang kuat, dan sifat kimianya yang inert. Struktur

anatas lebih baik untuk aplikasi sel surya berbasis sensitiser zat warna pada lapis

tipis TiO2

2.5 Karbon

Karbon atau zat arang merupakan unsur kimia yang mempunyai simbol C

dan nomor atom 6 pada tabel periodik. Sebagai unsur golongan 14 padatabel

periodik, karbon merupakan unsur non-logam dan bervalensi 4 (tetravalen), yang

berarti bahwa terdapat empat elektron yang dapat digunakan untuk

membentuk ikatan kovalen. Terdapat tiga macam isotopkarbon yang ditemukan

secara alami, yakni 12

C dan 13

C yang stabil, dan14

C yang bersifat radioaktif

dengan waktu paruh peluruhannya sekitar 5730 tahun. Karbon merupakan salah

satu dari di antara beberapa unsur yang diketahui keberadaannya sejak zaman

kuno. Istilah "karbon" berasal dari bahasa Latin carbo, yang berarti batu bara.

Karbon memiliki beberapa jenis alotrop, yang paling terkenal adalah grafit,intan,

dan karbon amorf. Sifat-sifat fisika karbon bervariasi bergantung pada jenis

alotropnya. Sebagai contohnya, intan berwarna transparan, manakala grafit

berwarna hitam dan kusam. Intan merupakan salah satu materi terkeras di dunia,

manakala grafit cukup lunak untuk meninggalkan bekasnya pada kertas. Intan

memiliki konduktivitas listik yang sangat rendah, sedangkan grafit

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

16

adalah konduktor listrik yang sangat baik. Di bawah kondisi normal, intan

memiliki konduktivitas termal yang tertinggi di antara materi-materi lain yang

diketahui. Semua alotrop karbon berbentuk padat dalam kondisi normal, tetapi

grafit merupakan alotrop yang paling stabil secara termodinamik di antara alotrop-

alotrop lainnya.

Semua alotrop karbon sangat stabil dan memerlukan suhu yang sangat tinggi

untuk bereaksi, bahkan dengan oksigen. Keadaan oksidasi karbon yang paling

umumnya ditemukan adalah +4, manakala +2 dijumpai padakarbon

monoksida dan senyawa kompleks logam transisi lainnya. Sumber karbon

anorganik terbesar terdapat pada batu kapur, dolomit, dan karbon dioksida,

sedangkan sumber organik terdapat pada batu bara, tanahgambut, minyak bumi,

dan klatrat metana. Karbon dapat membentuk lebih banyak senyawa daripada

unsur-unsur lainnya, dengan hampir 10 jutasenyawa organik murni yang telah

dideskripsikan sampai sekarang.

Karbon adalah unsur paling berlimpah ke-15 di kerak Bumi dan ke-4 dialam

semesta. Karbon terdapat pada semua jenis makhluk hidup, dan pada manusia,

karbon merupakan unsur paling berlimpah kedua (sekitar 18,5%) setelah

oksigen. Keberlimpahan karbon ini, bersamaan dengan keanekaragaman senyawa

organik dan kemampuannya membentuk polimer membuat karbon sebagai unsur

dasar kimiawi kehidupan. Unsur ini adalah unsur yang paling stabil di antara

unsur-unsur yang lain, sehingga dijadikan patokan dalam mengukur satuan massa

atom.

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

17

2.6 Pembuatan Membran Keramik

Umumnya, proses fabrikasi membran keramik berpori terdiri atas tiga tahapan

yaitu 1) pembentukan suspensi partikel, 2) pembuatan suspensi partikel menjadi

precursor membran dengan bentuk tertentu seperti flat-sheet , monolith atau

tubular dan (3) konsolidasi membran keramik dengan perlakuan panas pada suhu

tinggi (Li 2007).

Metode yang lazim dilakukan dalam pencetakan membran keramik adalah slip

casting, tape casting, extrusion dan pressing. Proses pelapisan dilakukan dengan

teknik dip-coating, sol-gel, Chemical Vapor Deposition (CVD) atau proses

Evaporative Vapour Deposition (EVD). Diameter pori membran keramik untuk

mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi bervariasi dari 0,01 sampai 10 μm. Biasanya

membran membran untuk mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi dibuat dengan cara slip

coating-sintering. Cara lainnya yaitu metode sol-gel dapat digunakan untuk

membuat membran keramik dengan ukuran pori dari 10 sampai 100 μm. Pada

proses slip coating-sintering membran keramik dibuat dengan cara menuangkan

dispersi butir halus material keramik dan suatu binder dan mencetaknya dalam

suatu mold dan selanjutnya disintering pada temperatur tinggi (Baker 2004).

Slip-casting Tape – casting Ekstrusi Pressing Proses sol-gel Slurry/ pasta

Pembentukan prekursor sintering Produk akhir (membran komposit) Produk akhir

(membran poroussimetrik yang biasa digunakan) sintering Pembentukan powder

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

18

2.5.1. Persiapan Slurry

Komponen utama yang digunakan untuk membran keramik adalah inorganic

powder, organic additives dan solvent. Faktor penting dalam pemilihan inorganic

powder adalah ukuran partikel, distribusi, dan bentuk partikel. Faktor-faktor ini

mempengaruhi porositas, ukuran pori dan distribusi ukuran pori pada produk

akhir. Organic additives, antara lain binders, plasticizers, lubricant, deflocculant,

antifoaming agent, promoters of porosity, water retention agent, antistatic,

chelating dan bactericide agent digunakan selama proses pembuatan, tujuannya

untuk mendapatkan sifat-sifat membran keramik yang dibutuhkan. Syarat utama

organic additives harus bisa terbakar tanpa meninggalkan abu dan tar. Pemilihan

dan kuantitas organic additives sangat penting karena berdampak pada sifat slurry,

sehingga mempengaruhi pemilihan metode fabrikasi (apakah extrusion, tape

casting, dip coating , dll) dan sifat produk akhir.Solvent (misalnya air, pelarut

organik , atau campurannya) harus mampu melarutkan senyawa organik yang

digunakan dan harus menguap. Karakteristik penguapan solvent berdampak pada

waktu pengeringan. Proses persiapan slurry tergantung pada ketebalan yang

diinginkan (pasta, slurry, suspensi), langkah-

, contohnya alumina dan zirconia) Agregasi

partikel slurry memiliki efek pada ukuran pori dan permeabilitas air produk akhir.

2.5.2. Proses sol – gel

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

19

Proses ini pertama kali dikenalkan oleh Leennaars dalam pembuatan membran

keramik jenis ultrafiltrasi. Proses ini mempunyai keuntungan diantaranya lebih

mudah mengontrol ukuran pori membran yang dihasilkan. Sol-sol koloid

merupakan larutan koloid dari zat-zat padat seperti Al2O3, SiO2TiO2, atau ZrO2.

Proses ini digunakan pada persiapan oksida-oksida yang akan dipakai. Suspensi

tercapai dengan sintesa partikel solid dalam liquid dari precursor organo metalik

(contohnya sol titania dan boehmite). Proses sol-gel digunakan pada pembuatan

membran alumina dengan diameter pori4–10 nm dari sol boehmite. Dalam hal ini,

polyvinyl alcohol dalam larutan dipboehmite meningkatkan reproducibility dan

menurunkan tingkat defect produk akhir membran alumina. Fabrikasi membran

nanofiltrasi memiliki persyaratan ekstra dibandingkan pembuatan membran ultra

dan mikrofiltrasi. Diantara persyaratan yangdimaksud adalah :

1. Masing-masing butiran dalam sintered ceramic harus berukuran kurang dari 10

nm. Ini bisa ditingkatkan dengan penambahan ion logam, misalnya La3+, untuk

membatasi membesarnya pori dan menghambat transformasi fasa.

2. Agregasi partikel saat keadaan sol harus dicegah, dengan penambahan

peptizing agent.Gambar 2.4 Memperlihatkan proses/metoda sol-gel dalam

pembuatan membran keramik

Proses Fabrikasi

Proses fabrikasi yang paling umum pembuatan membran adalah extrusion,

tapecasting , dip dan spin coating. Extrusion dan tape casting digunakan untuk

supportsistem, tape casting and dip coating digunakan untuk membran

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

20

mikrofiltrasi, dip dan spin coating dipakai pada membran ultra dan nano filtrasi.

Pada proses extrusi, pasta dipaksa melewati bukaan die sehinga terbentuk tubular

atau multichannel support. Green compact yang terbentuk dikeringkan pada

temperature kurang dari 100 oC untuk menghilangkan air. Tape casting digunakan

untuk membuat keramik yang tipis, datar dan rapat. Proses ini terbatas pada

ketebalan film yang didapat. Green compact yang terbentuk dari slurry sebagai

hasil relative movement antara „doctor blade’ dan support atau carrier. Umumnya,

kecepatan casting bervariasi dari 0.1 sampai 1.5 m/min. Setelah proses casting,

tape dikeringkan. Tape yang kering dipindahkan dari support dan sangat mudah di

handle karena karakteristik plastiknya. Dip coating digunakan untuk membran

multilayer. Sistem pendukung Permeabilitas yang digunakan harus lebih tinggi

dari lapisan membran (sedikitnya dengan faktor 10) sehingga ketebalan masing-

masing lapisan harus setipis mungkin. Dua metode untuk formasi lapisan yaitu :

1. Capillary colloidal filtration

Disebut juga slip casting, dimana capillary suction dari subtrate membawa

partikel ke interface, subtrate kering kontas dengan dispersi ini dan permukaan

pori dibasahi oleh cairan dispersi.

2. Film coating

Dimana lapisan dispersi yang menempel terbentuk karena drag force yang

diusahakan oleh substrate selama keluar dari dispersion. Faktor kritis yang perlu

diperhatikan pada dip coating adalah viskositas slip, kecepatan coating dan waktu.

Proses pengeringan dimulai secara simultan dengan dip coating, saat substrate

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

21

mulai kontak dengan atmosfir yang humiditas relatifnya dibawah 100%. Pada

proses multi step yaitu setelah kalsinasi lapisan pertama dilakukan pengulangan

dipping secara komplet dan diikuti lagi dengan pengeringan dan kalsinasi.

Contohnya alumina coating dengan ukuran pori rata-rata 100 nm dipersiapkan

dari suspensi (dalam air) yang tersedia secara komersial yaitu alumina submicron

dalam bentuk powder dengan diameter rata-rata yaitu 500 nm. Semakin tipis slip,

makin kritis langkah pengeringan untuk pembentukan membran yang bebas

defect/cacat. Pengeringan juga berefek pada formasi akhir dari mikro struktur

membran. Umumnya, pengeringan berlangsung pada temperatur rata-rata 80–

350oC, dan akan menghasilkan membran hybrid organic – inorganik. Perlakuan

pengapian (kalsinasi dan sintering) akan memperkuat keramik dan membantu

membran melekat kuat pada penyangga pori. Tujuannya adalah memperbaiki

mikro struktur dengan neck-formation, yang terdiri atas dua tahap yaitu:

nsifikasi dan

pertumbuhan butiran. Dalam sintering digunakan temperatur rendah tapi harus

mencapai titik leleh keramik. Kalsinasi dan sintering pada temperatur yang relatif

rendah (300–400oC) dan waktu singkat tidak akan menghasilkan membran yang

stabil secara termal. Profil temperature yang dipakai untuk pengapian merupakan

hal yang kritis, terlebih jika support dan material support membran berbeda. Hal

ini akan berdampak pada ukuran pori dan komposisi fase akhir. Sebagai contoh,

transisi fasa dari alumina ke-αalumina yang berlangsung pada temperatur di atas

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

22

1000oC. Penambahan zat lain misalnya lanthanum oxide atau titania dapat

mengubah temperatur ini. Lanthanum oxide diamati dapat meningkatkan

temperatur saat berlangsungnya transformasi fasa, sedangkan titania menurunkan

temperatur transformasi fasa. Penurunan porositas dapat meningkatkan ukuran

pori dengan pemanasan membran secara terkontrol padarentang temperatur 400 –

1000 oC.

2.6 Penelitian Pendukung

1. Malekpour et. al. (2011) melakukan penelitian desalinasi larutan garam

dengan menggunakan membran keramik zeolit LTA dan MFI. Jenis membran

yang dibuat adalah flat membran dengan dimensi membran yang dibuat

berdiameter 20 mm dan tebal 1,2 mm. Proses distilasi dilakukan dengan metode

pervaporasi. Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran keramik zeolit dapat

memisahkan senyawa organic dan ion dari larutan.

2. Fatmasari, dkk. (2012) melakukan penelitian pemanfaatan abu sekam

padi sebagai bahan baku pembuatan membran untuk desalinasi air laut. Abu

sekam padi dipanaskan sampai suhu 600 oC untuk diambil silikanya. Silika dari

abu sekam padi digunakan sebagai bahan baku pembuatan membran

Untuk pemanfaatan TiO2 membran layer telah dilakukan oleh Saffaj et al

(2012) untuk menghilangkan senyawa racun pada air buangan. Sebagai

penyokong membran digunakan keramik dengan bahan dasar clay. Xie et al.

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016

23

(2012) melakukan penelitian pemisahan larutan garam dengan menggunakan

membran hybrid PVA-MA dan silica dengan menggunakan metode pervaporasi.

3. Nigiz and Himioglu (2013) melakukan penelitian desalinasi air laut

dengan menggunakan membran sodium alginate (NaAlg) – zeolit 3A dengan

ukuran 0,3 nm. Membran dibuat dengan secara inverse fasa dari NaAlg dengan

matrik zeolit 3A. Metode yang digunakan adalah pervaporasi, tekanan atas

membran dijaga pada tekanan atmosferis, sedangkan pada bagian bawah dijaga 30

mbar. Hasil penelitian menunjukkan bahwa semakin tinggi kadar zeolit 3A maka

akan semakin tinggi fluks dan koefisien rejeksinya.

4. Hamad et al. (2013) melakukan ultrafiltrasi sebagai treatment awal untuk

proses desalinasi air laut dengan metode reverse osmosis (SWRO). Ma’ruf dan

Mulyadi (2014) telah berhasil membuat membran keramik dari zeolit alam dengan

menggunakan tepung beras sebagai binder untuk mikrofiltasi.

5. Darsono.,Sugiarto Danu.,danTamzil Las, 2000 melaporkan bahwa

Konsentrasi PVA berpengaruh sangat nyata terhadap densitas dan kuat tekan

komposit, dan adanya rongga-rongga udara karena rendahnya kandungan PVA

dalam campuran komposit zeolit-PVA menyebabkan rendahnya sifat mekanik

kompo.

Pembuatan Membran Keramik…, Hendro Ismanto, Fakultas Teknik UMP, 2016