I . PENDAHULUAN

Teknologi membran telah menjadi topik hangat dalam beberapa tahun

terakhir ini. Hal itu mungkin dipicu fakta bahwa pemisahan dengan membran

memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki metode-metode pemisahan

lainnya. Keunggulan tersebut yaitu pemisahan dengan membran tidak

membutuhkan zat kimia tambahan dan juga kebutuhan energinya sangat

minimum. Membran dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya

molekul-molekul dengan ukuran tertentu saja yang bisa melewati membran

sedangkan sisanya akan tertahan di permukaan membran. Selain keunggulan-

keunggulan yang telah disebutkan, teknologi membran ini sederhana, praktis, dan

mudah dilakukan.

Membrane separation yaitu suatu teknik pemisahan campuran 2 atau lebih

komponen tanpa menggunakan panas. Komponen-komponen akan terpisah

berdasarkan ukuran dan bentuknya, dengan bantuan tekanan dan selaput semi-

permeable. Hasil pemisahan berupa retentate (bagian dari campuran yang tidak

melewati membran) dan permeate (bagian dari campuran yang melewati

membran).

Berdasarkan jenis pemisahan dan strukturnya, membran dapat dibagi menjadi 3

kategori:

* Porous membrane.

Pemisahan berdasarkan atas ukuran partikel dari zat-zat yang akan

dipisahkan. Hanya partikel dengan ukuran tertentu yang dapat melewati

membran sedangkan sisanya akan tertahan. Berdasarkan klasifikasi dari

IUPAC, pori dapat dikelompokkan menjadi macropores (>50nm),

mesopores (2-50nm), dan micropores (<2nm). Porous membrane

digunakan pada microfiltration dan ultrafiltration.

* Non-porous membrane.

Dapat digunakan untuk memisahkan molekul dengan ukuran yang sama,

baik gas maupun cairan. Pada non-porous membrane, tidak terdapat pori

seperti halnya porous membrane. Perpindahan molekul terjadi melalui

mekanisme difusi. Jadi, molekul terlarut di dalam membran, baru

kemudian berdifusi melewati membran tersebut.

* Carrier membrane.

Pada carriers membrane, perpindahan terjadi dengan bantuan carrier

molecule yang mentransportasikan komponen yang diinginkan untuk

melewati membran.

II . PEMBAHASAN

2.1 Membran

Penyaringan didefinisikan sebagai pemisahan dua atau lebih komponen

dari aliran cair atau gas didasarkan pada perbedaan ukuran. Secara tradisional,

biasanya merujuk pada pemisahan partikel dari zat cair atau gas. Pemisahan

dengan membran diperluas sebagai suatu proses untuk memisahkan zat terlarut.

Fungsi utama membran adalah sebagai lapisan selektif. Membran menahan

komponen tertentu dan melewatkan komponen lainnya baik pada medium cair

maupun gas. Secara lebih spesifik membran dapat didefinisikan sebagai:

Bagian tidak kontinyu yang memisahkan dua fasa.

Fase yang bertindak sebagai penahan untuk mencegah perpindahan massa

tetapi menahan atau mengatur perpindahan bagian komponen tertentu.

Dengan demikian, membran dapat berupa gas, cairan, padatan maupun

kombinasinya. Lebih lanjut, membran dapat diklasifikasi menjadi membran alami

dan buatan; berdasarakn strukturnya, berpori dan tak berpori atau sebagai

membran cair; berdasarkan aplikasinya, pemisahan gas, gas-cair, cair-cair, dll;

berdasarkan mekanisme dari fungsi membran, adsortif dan difusif, perpindahan

ion, osmosis, atau membran non selektif.

Klasifikasi membran dapat dilihat pada Tabel 1. Proses pemisahan pada Tabel 1

merupakan proses yang paling umum dan banyak diterapkan

Diantara proses yang satu dengan yang lainnya dipisahkan oleh batas yang

cukup bias, berkembang dan tergantung kesepakatan. Karena mekanisme dan

proses pemisahan yang satu dengan lainnya sangat berbeda, pembahasan pada

buku ini hanya difokuskan pada proses dengan pemicu perbedaan tekanan, yaitu

mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi dan omosis balik. Pada proses-proses

membran tersebut, pemisahan dipicu melalui perbedaan tekanan hidrolik pada

kedua sisi membran. Membran menyeleksi komponen apa saja yang dapat

melaluinya.

Gambar 1. Proses membrane yang beroperasi akibat perbedaan tekanan.

Membran mikrofiltrasi menahan partikel dengan ukuran micron (10-6 m),

biasanya merupakan partikel tersuspensi pada rentang 0,1-5 µm. Partikel dengan

ukuran diatas itu, umumnya dipisahkan menggunakan metode konvensinal dengan

saringan pasir. Membran ultrafiltrasi hanya menahan molekul besar atau partikel

yang lebih besar dari 10-200 (angstrum) (atau sekitar 0,001-0,02 µm). Nanofiltrasi

menahan senyawa organic kecil seperti gula, sedangkan osmosis balik (RO)

menahan semua zat terlarut kecuali pelarutnya (dalam hal ini air). Oleh karena itu,

RO sering dikenal sebagai proses pemurnian air, ultrafiltrasi sebagai metode yang

secara simultan memurnikan, memekatkan atau memfraksionasi makromolekul

atau suspensi koloid kecil. Mikrofiltrasi paling banyak digunakan untuk klarifikasi

dan pemisahan partikel tersuspensi dari pelarut.

Dalam hal kehandalannya, sentrifugasi merupakan salah satu metode yang

mengimbangi membran.

2.1.1 Pembuatan Membran

Berbagai macam bahan baku/material dapat digunakan untuk

membuat membran. Teknik pembuatan membran biasanya disesuaikan

dengan material dan sturuktur membran yang diinginkan. Berdasarkan

strukturnya, secara umum membran bisa dikategorikan menjadi dua jenis:

membran berpori (ultrafiltrasi, mikrofiltrasi) dan tidak berpori pemisahan

gas, pervaporasi, dialisis, reverse osmosis). Meskipun tidak semua

membran tercakup dalam kategori diatas, namun cukup mewakili topik

pembahasan. Meskipun demikian, pada kenyataannya, tidak ada batas

yang jelas antara berpori dan tidak berpori.

Untuk membran berpori, ukuran pori terutama menentukan sifat

pemisahannya, sedangkan tipe material menetukan kestabilan kimia,

temperatur dan mekanik, tapi bukan flux dan rejeksi.Proses pemisahan

terjadi akbat perbedaan ukuran pori dan ukuran partikel. selektifitas yang

tinggi dapat diperoleh jika ukuran pori lebih kecil daripada ukuran partikel

yang akan dipisahkan.

Disisi lain  untuk membran tak berpori sifat intrilsik material

terutama menentukan karakteristik pemisahan. Membran jenis ini dapat

memisahkan molekul dengan ukuran yang hampir sama. Pemisahan terjadi

akibat perbedaan kelarutan (solubility) dan/atau difusifitas. Ini berarti

bahwa sifat intrinsik dari material menentukan tingkat selektifitas dan

permeabilitas

2.2 Teknologi membran

Teknologi membran telah menjadi topik hangat dalam beberapa tahun

terakhir ini. Hal itu mungkin dipicu fakta bahwa pemisahan dengan membran

memiliki banyak keunggulan yang tidak dimiliki metode-metode pemisahan

lainnya. Keunggulan tersebut yaitu pemisahan dengan membran tidak

membutuhkan zat kimia tambahan dan juga kebutuhan energinya sangat

minimum. Membran dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya

molekul-molekul dengan ukuran tertentu saja yang bisa melewati membran

sedangkan sisanya akan tertahan di permukaan membran. Selain keunggulan-

keunggulan yang telah disebutkan, teknologi membran ini sederhana, praktis, dan

mudah dilakukan.

2.2.1 Reverse Osmosis

Salah satu teknologi membran yang banyak digunakan saat ini

yaitu reverse osmosis (RO). Proses ini merupakan kebalikan dari osmosis.

Pada osmosis, pelarut berpindah dari daerah berkonsentrasi rendah

(hipotonik) ke daerah berkonsentrasi tinggi (hipertonik) sehingga

konsentrasi di kedua daerah menjadi berimbang.

Proses ini terjadi secara alami sehingga tidak membutuhkan energi.

Contoh osmosis yang terjadi di alam yaitu penyerapan air oleh akar

tanaman. Berbeda dengan osmosis, RO terjadi dengan arah yang

berlawanan yaitu dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah. Untuk

melawan gradien konsentrasi, dibutuhkan energi eksternal berupa tekanan.

2.2.1.1 Keunggulan dan Aplikasi Reverse Osmosis

Menurut Ir. Teuku Zulkarnain, MT, kandidat doktor teknik

lingkungan Institut Teknologi Bandung, Keunggulan RO yang

paling superior dibandingkan metode-metode pemisahan lainnya

yaitu kemampuan dalam memisahkan zat-zat dengan berat molekul

rendah seperti garam anorganik atau molekul organik kecil seperti

glukosa dan sukrosa. Keunggulan lain dari RO ini yaitu tidak

membutuhkan zat kimia, dapat dioperasikan pada suhu kamar, dan

adanya penghalang absolut terhadap aliran kontaminan, yaitu

membran itu sendiri. Selain itu, ukuran penyaringannya yang

mendekati pikometer, juga mampu memisahkan virus dan bakteri.

Teknologi RO cocok digunakan dalam pemurnian air minum dan

air buangan. Di bidang industri, teknologi RO dapat digunakan

untuk memurnikan air umpan boiler. Selain itu, Karena

kemampuannya dalam memisahkan garam-garaman, teknologi

reverse osmosis cocok digunakan dalam pengolahan air laut

menjadi air tawar (desalinasi). Pengolahan ini terdiri dari beberapa

tahap:

Pre-treatment untuk memisahkan padatan-padatan yang terbawa

oleh umpan. Padatan-padatan tersebut jika terakumulasi pada

permukaan membran dapat menimbulkan fouling. Pada tahap ini

pH dijaga antara 5,5-5,8.

High pressure pump digunakan untuk memberi tekanan kepada

umpan. Tekanan ini berfungsi sebagai driving force untuk

melawan gradien konsentrasi. Umpan dipompa untuk melewati

membran. Keluaran dari membran masih sangat korosif sehingga

perlu diremineralisasi dengan cara ditambahkan kapur atau CO2.

Penambahan kapur ini juga bertujuan menjaga pH pada kisaran

6,8-8,1 untuk memenuhi spesifikasi air minum.

Disinfection dilakukan dengan menggunakan radiasi sinar UV

ataupun dengan cara klorinasi. Sebenarnya, penggunaan RO untuk

desalinasi sudah cukup jitu untuk memisahkan virus dan bakteri

yang terdapat dalam air. Namun, untuk memastikan air benar-benar

aman (bebas virus dan bakteri), disinfection tetap dilakukan.

Sea Water Desalinantion: Concept Drawing of Membrane Distillation Sea

Water Desalination.

Selain untuk desalinasi, RO juga digunakan dalam dialisis untuk

proses cuci darah penderita penyakit ginjal. Ginjal berfungsi

sebagai penyaring darah terhadap pengotor-pengotor hasil

metabolisme tubuh seperti urea, yang kemudian dikeluarkan

melalui urin. Mesin dialisis berfungsi sebagai “ginjal” tersebut.

Darah dikeluarkan dari tubuh menuju mesin dialisis yang di

dalamnya terdapat membran. Darah yang telah melewati membran

dikembalikan lagi ke dalam tubuh.

Teknologi membran berkembang dengan sangat pesat. Dewasa ini,

banyak membran dapat dioperasikan pada tekanan rendah sehingga

memungkinkan dioprerasikan di rumah tinggal, tempat

pengungsian, bahkan dapat digerakkan dengan genset berskala

kecil. Selain itu, kemajuan dalam bidang material membran juga

memungkinkan proses pemisahan menggunakan membran dapat

dilakukan dengan lebih ekonomis.

2.2.2 Teknologi Membran dan Pemanfaatannya dalam Industri Migas

“Teknologi membran” merupakan istilah generik untuk berbagai

jenis proses pemisahan yang menggunakan membran sebagai medium

pemisah. Teknologi membran telah menjadi teknologi pemisahan yang

unggul selama beberapa dekade terakhir ini. Kekuatan utama teknologi

membran adalah fakta bahwa teknologi tersebut bekerja tanpa

penambahan bahan kimia, penggunaan energi yang relatif rendah, serta

kemudahan pengaturan dan pelaksanaan proses. Karena keunggulan itulah,

maka proses pemisahan menggunakan membran menjadi lebih kompetitif

dibandingkan proses konvensional.

Penelitian membran untuk proses osmosis sudah diteliti sejak tahun

1748, dan secara komersial sudah dimanufaktur oleh Sartorius di Jerman

sejak akhir Perang Dunia I, walaupun baru digunakan untuk keperluan

laboratorium. Saat ini, membran sudah diaplikasikan untuk proses

mikrofiltrasi (MF), ultrafiltrasi (UF), nanofiltrasi (NF), reverse osmosis

(RO), elektrodialisis, pemisahan gas, pervaporation, membrane

distillation, serta membrane contactor, dan digunakan pada proses berikut :

- Pengolahan air limbah

- Pengolahan air proses

- Hemodialisis/cuci darah

- Pembuatan bir

2.2.2.1 Prinsip Proses Pemisahan dengan Membran

Secara sederhana, membran dapat didefinisikan sebagai

penghalang tipis (semi-permeable) yang selektif antara dua fasa

fluida yang berbeda. Membran dapat terbuat dari bahan organik

(cellulose acetate, polysulphone, polyamide) atau anorganik

(alumina, zirconia, titania, keramik). Membran anorganik

umumnya lebih kuat dan tahan terhadap suhu tinggi serta serangan

biologis (bakteri atau mikroorganisme lain) yang dapat merusak

membran.

Umpan pada teknologi pemisahan dengan membran dipisahkan

menjadi retentat (aliran yang lebih pekat/concentrate) dan permeat

(lihat Gambar 1). Apabila yang diinginkan adalah konsentrasi

larutan yang lebih pekat, maka yang menjadi produk adalah aliran

retentat. Namun jika yang diinginkan adalah pemurnian aliran,

maka baik retentat maupun permeat dapat dianggap sebagai aliran

produk, bergantung pada senyawa apa yang ingin disingkirkan.

Prinsip proses pemisahan dengan membran adalah pemanfaatan

sifat membran, di mana dalam kondisi yang identik, jenis molekul

tertentu akan berpindah dari satu fasa fluida ke fasa lainnya di sisi

lain membran dalam kecepatan yang berbeda-beda, sehingga

membran bertindak sebagai filter yang sangat spesifik, di mana

satu jenis molekul akan mengalir melalui membran, sedangkan

jenis molekul yang berbeda akan “tertangkap” oleh membrane

(lihat Gambar 2). Driving force yang memungkinkan molekul

untuk menembus membran antara lain adanya perbedaan suhu,

tekanan atau konsentrasi fluida. Driving force ini dapat dipicu

antara lain dengan penerapan tekanan tinggi, atau pemberian

tegangan listrik.

Terdapat dua faktor yang menentukan efektivitas proses filtrasi dengan

membran : factor selektivitas dan faktor produktivitas. Selektivitas adalah

keberhasilan pemisahan komponen, dinyatakan dalam parameter Retention (untuk

sistem larutan), atau faktor pemisahan [alpha](untuk sistem senyawa organic cair

atau campuran gas). Produktivitas didefinisikan sebagai volume/massa yang

mengalir melalui membran per satuan luas membran dan waktu, dan dinyatakan

dalam parameter flux, dan. Nilai selektivitas dan produktivitas sangat bergantung

pada jenis membran.

2.2.2.2 Keunggulan dan Kelemahan Teknologi Membran dalam

Industri Migas

Jika dibandingkan dengan teknologi pemisahan lainnya,

keunggulan dari teknologi membran antara lain adalah :

1. Proses pemisahan dapat dilaksanakan secara berkesinambungan

(continuous)

2. Konsumsi energi umumnya rendah

3. Dapat dengan mudah dipadukan dengan teknologi pemisahan

lainnya (hybrid)

4. Umumnya dioperasikan dalam kondisi sedang (bukan pada tekanan

dan temperatur tinggi) dan sifat membran mudah untuk

dimodifikasi

5. Mudah untuk melakukan up-scaling

6. Tidak memerlukan aditif

Namun demikian, dalam pengoperasiannya, perlu juga diperhatikan hal-

hal berikut :

Penyumbatan/fouling

Umur membran yang singkat

Selektivitas yang rendah

Fouling atau penyumbatan merupakan masalah yang sangat umum terjadi,

yang terjadi akibat kontaminan yang menumpuk di dalam dan permukaan pori

membran dalam waktu tertentu. Fouling tidak dapat dielakkan, walaupun

membran sudah melalui proses pre-treatment. Jenis fouling yang terjadi sangat

bergantung pada berbagai faktor, termasuk diantaranya kualitas umpan, jenis

membran, bahan membran, dan perancangan serta pengendalian proses.

Tiga jenis fouling yang sering terjadi pada membran adalah fouling akibat

partikel, biofouling, dan scaling. Kontaminasi ini menyebabkan perlunya beban

kerja lebih tinggi, untuk menjamin kapasitas membran yang berkesinambungan.

Pada titik tertentu, beban kerja yang diterapkan akan menjadi terlalu tinggi,

sehingga proses tidak lagi ekonomis. Fouling dapat diminimalisasi dengan cara

menaikkan pH sistem, menerapkan sistem backwash, serta penggunaan zat

disinfectant untuk mencegah bakteri yang dapat menyerang membran. Sedangkan

cara untuk menyingkirkan fouling adalah dengan flushing atau chemical cleaning.

2.3Penerapan di Industri Migas : Pemisahan Gas dan Recovery Komponen

LPG Menggunakan Membran

Kilang memproduksi gas bertekanan rendah yang mengandung

hidrokarbon ringan dan gas-gas lainnya. Gas ini umumnya digunakan sebagai

bahan bakar kilang atau hanya dibakar pada flare. Secara tradisional, recovery

komponen LPG dilakukan dengan proses absorpsi dan cryogenic, namun

teknologi ini menggunakan peralatan bergerak dan penambahan bahan kimia,

sehingga membutuhkan investasi yang besar dan biaya operasi tinggi. Teknologi

membran menjadi alternatif yang sederhana dan efisien untuk me-recover

komponen LPG dari gas kilang tersebut. Dengan menerapkan teknologi

pemisahan gas menggunakan membran, komponen hidrokarbon ringan (C3+)

dapat diambil kembali menjadi komponen LPG, sehingga memberikan nilai

ekonomi yang lebih tinggi dibandingkan jika komponen tersebut dijadikan bahan

bakar kilang. Jika diinginkan, retentat keluaran membran pemisahan komponen

LPG tersebut dapat diproses lebih lanjut untuk me-recover gas-gas lain yang dapat

dimanfaatkan kembali.

Salah satu perusahaan yang mengembangkan sistem membran untuk

teknologi pemisahan gas di industri migas adalah Membrane Technology and

Research, Inc. (MTR) di California, Amerika Serikat. Produk membrane mereka,

VaporSep, telah digunakan sejak tahun 1996 di berbagai industri petrokimia, gas

alam, dan kilang minyak bumi, dan telah diterapkan untuk berbagai lisensor

proses. Salah satu sistem yang dikembangkan oleh MTR antara lain adalah untuk

recovery komponen LPG dan hidrogen dari gas kilang, dengan memadukan dua

jenis membran yang berbeda.

Diagram alir pada Gambar 3 menunjukkan bagaimana dua jenis membran

yang berbeda dapat dipadukan untuk me-recover LPG dan hidrogen dari gas

bahan bakar. Membran pertama berfungsi untuk menghasilkan permeat hidrogen

murni dari gas kilang. Retentat dari permisahan ini kemudian dialirkan ke

membran kedua yang menghasilkan permeat komponen LPG. Komponen LPG

kemudian dikompresi, dan LPG diambil dalam bentuk cairan pada kondensor.

Keunggulan dari proses ini :

dapat me-recover 60-90% komponen LPG dari umpan, dan dapat

dikendalikan lebih mudah karena LPG yang dihasilkan berbentuk cairan

mengurangi jumlah gas yang dikirim ke flare sehingga memperbaiki

efisiensi penggunaan bahan bakar kilang

recovery hidrogen yang dimurnikan dapat menjadi benefit tambahan

beroperasi pada tekanan dan suhu sedang

instalasi dan pengoperasian secara sederhana, tidak membutuhkan bahan

kimia tambahan, sehingga praktis tidak menghasilkan limbah.

Sesuai dengan peruntukannya, proses ini dapat diaplikasikan pada pada

unit-unit berikut :

gas kilang/flare

gas keluaran catalytic reformer

gas puncak FCC

gas keluaran unit aromatic

gas umpan unit steam methane reforme

III . PENUTUP

Kesimpulan

Secara sederhana, membran dapat didefinisikan sebagai

penghalang tipis (semi-permeable) yang selektif antara dua fasa fluida

yang berbeda. Membran dapat terbuat dari bahan organik (cellulose

acetate, polysulphone, polyamide) atau anorganik (alumina, zirconia,

titania, keramik). Membran anorganik umumnya lebih kuat dan tahan

terhadap suhu tinggi serta serangan biologis (bakteri atau mikroorganisme

lain) yang dapat merusak membran. Membrane separation yaitu suatu

teknik pemisahan campuran 2 atau lebih komponen tanpa menggunakan

panas. Fungsi utama membran adalah sebagai lapisan selektif. Membran

menahan komponen tertentu dan melewatkan komponen lainnya baik pada

medium cair maupun gas. Membran dapat diklasifikasi menjadi membran

alami dan buatan; berdasarakn strukturnya, berpori dan tak berpori atau

sebagai membran cair; berdasarkan aplikasinya, pemisahan gas, gas-cair,

cair- membran dapat diklasifikasi menjadi membran alami dan buatan;

berdasarakn strukturnya, berpori dan tak berpori atau sebagai membran

cair; berdasarkan aplikasinya, pemisahan gas, gas-cair, cair-cair. Membran

dapat bertindak sebagai filter yang sangat spesifik. Hanya molekul-

molekul dengan ukuran tertentu saja yang bisa melewati membran

sedangkan sisanya akan tertahan di permukaan membran. Pada osmosis,

pelarut berpindah dari daerah berkonsentrasi rendah (hipotonik) ke daerah

berkonsentrasi tinggi (hipertonik) sehingga konsentrasi di kedua daerah

menjadi berimbang Teknologi RO cocok digunakan dalam pemurnian air

minum dan air buangan. Di bidang industri, teknologi RO dapat digunakan

untuk memurnikan air umpan boiler.

Saran

Penyusunan makalah ini didasari berbagai sumber dan literatur

yang ada. Sehingga menambah wawasan serta pengetahuan bagi si

pembaca, namun masih banyak kekurangan yang terdapat di dalamnya ,

maka penulis mengharapkan kritikan dari pembaca sehingga penulis dapat

memperbaiki kembali materi yang telah di susun di dalam makalah ini.

Setiap saran dan pendapat dapat diterima penulis.

DAFTAR PUSTAKA

Achmad, hiskia. 1993. Penentuan dasar-dasr praktikum kimia. Bandung : FMIPA

ITB

Day dan underwood. 1998. Analisis kimia kuantitatif adisi keenam. Jakarta :

Erlangga

Gandjar. Abdul Rohman. 2007. Kimia Farmasi Analisis. Yogyakaarta : Pustaka

Pelajar

Kealey, D and Haines, P.J., 2002, Instant Notes: Analytical Chemistry, BIOS

Scientific Publishers Limited, New York.

Khopkar , SM . 2010 . Konsep Dasar Kimia Analitik . Jakarta : UI-Press

Sudjadi, 1986. Metode pemisahan . Yogyakarta : Kanisius

Argo Anas , Koirul . 2009 . “ Teknologi Membran “ . dalam blok wordpress

Azril , Anif. 2010 . “ Membran “ . dalam wikibooks

Noname . 2001 . “ Aplikasi Membran Kontraktor untuk Pemisahan Co2+ “ . dalam

majarimagazine

Rhien . 2010 . “ Teknologi Membran dan Pemanfaatannya “ . dalam articel

blogspot

Roilbilad . 2010 . “ Pembuatan Membran “ . dalam blok wordpress

Ptlikua . 2010. “ Reverse Osmosis “ . dalam blok wordpress