PEMBUATAN MEMBRAN DARI SELULOSA ASETAT DAN POLIETILEN GLIKOL BERAT MOLEKUL 20.000 UNTUK PEMISAHAN GAS CO 2 DAN CH 4 BAGUS ADJI PRASTOWO 103096029794 PROGRAM STUDI KIMIA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH JAKARTA 2008 M/ 1429 H
92
Embed
PEMBUATAN MEMBRAN DARI SELULOSA ASETAT DAN POLIETILEN … · 6 ABSTRAK BAGUS ADJI PRASTOWO, Pembuatan Membran Dari Selulosa Asetat Dan Polietilen Glikol Berat Molekul 20.000 Untuk
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
PEMBUATAN MEMBRAN DARI SELULOSA ASETAT DAN
POLIETILEN GLIKOL BERAT MOLEKUL 20.000 UNTUK PEMISAHAN
GAS CO2 DAN CH4
BAGUS ADJI PRASTOWO
103096029794
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2008 M/ 1429 H
2
PEMBUATAN MEMBRAN DARI SELULOSA ASETAT DAN
POLIETILEN GLIKOL BERAT MOLEKUL 20.000 UNTUK PEMISAHAN
GAS CO2 DAN CH4
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sain dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
BAGUS ADJI PRASTOWO
103096029794
PROGRAM STUDI KIMIA
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS ISLAM NEGERI SYARIF HIDAYATULLAH
JAKARTA
2008 M/ 1429 H
3
PEMBUATAN MEMBRAN DARI SELULOSA ASETAT DAN
POLIETILEN GLIKOL BERAT MOLEKUL 20.000 UNTUK PEMISAHAN
GAS CO2 DAN CH4
Skripsi
Sebagai Salah Satu Syarat untuk Memperoleh Gelar Sarjana Sains
Program Studi Kimia
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta
Oleh:
BAGUS ADJI PRASTOWO
103096029794
Menyetujui,
Pembimbing I Pembimbing II
DR. Adiwar Isalmi Aziz, MT
NIP. 100 003 502 NIP. 150 378 023
Mengetahui,
Ketua Program Studi Kimia
Sri Yadial Chalid, M.Si
NIP. 150 326 907
4
PENGESAHAN UJIAN
Skripsi yang berjudul "Pembuatan Membran Dari Selulosa Asetat Dan Polietilen
Glikol Berat Molekul 20.000 Untuk Pemisahan Gas CO2 Dan CH4" telah diuji dan
dinyatakan lulus dalam sidang Munaqosyah Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah Jakarta pada hari Selasa, 9
Desember 2008. Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Strata Satu (S1) Program Studi Kimia.
Menyetujui,
Penguji I Penguji II
DR. Thamzil Las Nurhasni, M.Si
NIP. 330 001 078 NIP. 150 368 739
Pembimbing I Pembimbing II
DR. Adiwar Isalmi Aziz, MT
NIP. 100 003 502 NIP. 150 378 023
Mengetahui,
Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Ketua Program Studi
Kimia
DR. Syopiansyah Jaya Putra, M.Sis Sri Yadial Chalid, M.Si
NIP. 150 317 956 NIP. 150 326 907
5
PERNYATAAN
DENGAN INI SAYA MENYATAKAN BAHWA SKRIPSI INI ADALAH
HASIL KARYA SENDIRI YANG BELUM PERNAH DIAJUKAN SEBAGAI
SKRIPSI ATAU KARYA ILMIAH PADA PERGURUAN TINGGI ATAU
LEMBAGA MANAPUN
Jakarta, Desember 2008
Bagus Adji Prastowo
103096029794
6
ABSTRAK
BAGUS ADJI PRASTOWO, Pembuatan Membran Dari Selulosa Asetat Dan
Polietilen Glikol Berat Molekul 20.000 Untuk Pemisahan Gas CO2 dan CH4. Di
Bawah Bimbingan DR. ADIWAR dan ISALMI AZIZ, MT.
Pemisahan gas CO2 dari gas alam penting dilakukan karena sifatnya yang
dapat menyebabkan korosi pada pipa gas. CO2 juga dapat menurunkan nilai kalor
dari gas alam. Teknologi membran telah mulai dikembangkan untuk pemisahan
gas CO2 dari gas alam karena prosesnya yang sederhana, mudah, ramah
lingkungan, serta konsumsi energi dan biaya operasional yang rendah.
Penggunaan polietilen glikol (PEG) sebagai pembawa pada membran terbukti
mampu menghasilkan selektivitas yang cukup tinggi. Membran dibuat dari
selulosa asetat, aseton, formamida dan PEG berat molekul 20.000 menggunakan
metode inversi fasa. Pada preparasi membran dilakukan beberapa variasi yaitu:
suhu koagulasi diukur pada 9, 18 dan 25 0C. Waktu evaporasi diamati pada 30, 45
dan 60 detik. Dilihat juga pengaruh perendaman PEG cair dengan evaporasi
maupun tanpa evaporasi. Variasi media penyimpanan di dalam air dan dalam
desikator. Terakhir dilihat pengaruh kepolaran bertahap terhadap permeabilitas
dan selektivitas membran. Pemisahan gas dilakukan pada sel permeasi dengan
tekanan 10 – 100 psi. Dari hasil penelitian ditemukan bahwa hasil pemisahan gas
CO2 dengan PEG 20.000 yang optimal dilakukan dengan perendaman dalam PEG
cair tanpa evaporasi pada suhu koagulasi 25 0C dan disimpan dalam media air
dengan nilai selektivitas adalah 15 – 80,9.
Kata kunci : CO2, selulosa asetat, PEG, membran, selektivitas.
7
ABSTRACT
Bagus Adji Prastowo, The Making of Membrane From Cellulose acetate And
Polyetylene Glycol 20.000 Molecular Weight For Separation Of Gas CO2 and
CH4. Advisor DR. Adiwar and Isalmi Aziz, MT.
The separations of CO2 from natural gas are important because its
characteristics can cause corrosion. CO2 can also reduce the heat value of natural
gas. Membrane technology has been developed for the separation of CO2 gas from
the natural gas because the process is simple, easy, friendly environment, and
energy consumption and operational costs are low. The use of polyethylene glycol
(PEG) as a carrier in the membrane has proven able to generate high enough
selectivity. Membrane made from cellulose acetate, acetone, formamida and PEG
molecular weight 20000 using phase inversion method. In membrane preparation
carried out a series of variations, namely: The temperature of coagulation
measured at 9, 18 and 25 0C, evaporation time observed on 30, 45 and 60 seconds.
The influence of the soaking liquid PEG with and without evaporation, variations
of the storage media in the desiccators and water and the influence of gradually
polarity against membrane permeability and selectivity also been measured. The
separation of gas in the permeation cell is done on the gas pressure from10 to 100
psi. This research found that the optimum separation of CO2 with PEG 20,000
done with soaking in the liquid PEG without evaporation at temperature of
coagulation 25 0C and stored in water with the value of selectivity is 15 to 80.9.
Gambar 1. Skema Pemisahan Membran ................................................................... 8
Gambar 2. Membran Berdasarkan Struktur dan Prinsip Separasi ............................ 10
Gambar 3. Membran Berdasarkan Morfologi ........................................................... 12
Gambar 4. Modul Plate and Frame .......................................................................... 13
Gambar 5. Modul Spiral Wounds ............................................................................. 14
Gambar 6. Modul Tubular ........................................................................................ 14
Gambar 7. Modul Kapiler ......................................................................................... 15
Gambar 8. Modul Hollow Fiber ............................................................................... 16
Gambar 9. Selulosa Asetat ........................................................................................ 21
Gambar 10. Aseton ................................................................................................... 21
Gambar 11. Perpindahan Massa pada Membran dengan Media Pembawa .............. 23
Gambar 12. Polietilen Glikol .................................................................................... 23
Gambar 13. Proses Transportasi CO2 Melewati Membran Dengan Pembawa ......... 25
Gambar 14. Formamida ............................................................................................ 25
Gambar 15. Defect Pada Membran Asimetrik .......................................................... 26
Gambar 16. Coating Pada Defect Membran ............................................................. 27
Gambar 17. Proses Pencetakan Membran Berbentuk Lembaran .............................. 34
Gambar 18. Skema Sel Permeasi .............................................................................. 37
Gambar 19. Pengaruh Suhu Koagulasi Terhadap Selektivitas Membran ................ 39
Gambar 20. Pengaruh suhu koagulasi terhadap (a) Laju permeasi CH4,
dan (b) Laju permeasi CO2 ................................................................. 41 Gambar 21. Pengaruh Waktu Evaporasi Terhadap Selektivitas Membran ............... 42
Gambar 22. Pengaruh waktu evaporasi terhadap (a) Laju permeasi CH4,
dan (b) Laju permeasi CO2 .................................................................. 43 Gambar 23. Pengaruh perendaman membran dalam PEG terhadap selektivitas
membran ............................................................................................... 45 Gambar 24. Pengaruh perendaman membran dalam PEG terhadap selektivitas
Gambar 25. Pengaruh perendaman PEG terhadap (a) Laju permeasi CH4,
dan (b) Laju permeasi CO2 .................................................................. 47 Gambar 26. Pengaruh media penyimpanan terhadap selektivitas membran ............. 49
Gambar 27. Pengaruh media penyimpanan terhadap (a) Laju permeasi CH4,
dan (b) laju permeasi CO2 .................................................................... 50 Gambar 28. Pengaruh kepolaran bertahap terhadap selektivitas membran .............. 51
Gambar 29. Pengaruh kepolaran bertahap terhadap (a) Laju permeasi CH4,
Dan (b) laju permeasi CO2 ................................................................... 52
15
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Perhitungan Data Penelitian ....................................................... 58
Setelah membran siap untuk disimpan, membran disimpan pertama kali
dalam larutan I (air 100%) selama 15 menit, kemudian ke larutan II selama 15
menit, kemudian dilanjutkan hingga terakhir ke larutan IX. Pada tiap larutan
waktu perendaman selama 15 menit. Ada dua variasi yang dilakukan yaitu,
penyimpanan akhir dalam hexan 100% dan penyimpanan akhir dalam desikator
(setelah disimpan dalam larutan IX 15 menit, membran dipindahkan ke dalam
desikator).
3.3.2. Uji Permeabilitas dan Selektivitas Membran
Pengujian dilakukan dalam sel permeasi dengan pengukuran laju permeasi
gas CO2 atau CH4 murni yang melewati membran. Yaitu dengan mencatat waktu
yang ditempuh oleh gas yang menembus membran untuk mencapai jarak tertentu
52
pada flowmeter. Flowmeter berupa selang yang berisi iso-propanol dan diberi
tanda jarak tertentu. Dari waktu tersebut dilakukan perhitungan untuk
memperoleh nilai permeabilitas dan selektivitas membran.
Tahapan – tahapan dalam pengukuran laju permeasi gas CO2 dan CH4
murni adalah sebagai berikut :
1. Membran dipotong berbentuk lingkaran dengan diameter 2 inchi.
Kemudian membran diletakkan di dalam sel permeasi dan ditutup serapat
mungkin untuk menghindari kebocoran gas ke udara.
2. Gas CH4 dialirkan ke dalam sel permeasi dengan variasi tekanan 10
sampai 100 psig. Pada setiap tekanan di catat tiga variasi jarak waktu
tempuh yang diperlukan untuk mencapai jarak tertentu.
3. Langkah yang sama juga dilakukan untuk gas CO2.
4. Pengujian dilakukan pada suhu kamar ± 25 0
C. Skema sel permeasi dapat
dilihat pada gambar 18.
Gambar 18. Skema sel permeasi
53
Setelah didapat 3 variasi jarak dan waktu tempuh masing-masing, maka
dapat dilakukan perhitungan dengan cara sebagai berikut :
1. Menghitung laju permeasi gas dengan persamaan berikut :
dT
dLAQ =
Dimana : Q = Laju alir gas menembus membran (cm3.s
-1)
A = Luas penampang selang (cm2)
dL/dT = Jarak yang ditempuh untuk waktu tertentu (cm.s-1
)
2. Laju alir gas pada kondisi standar (STP), 1 atm dan 2730 K, adalah :
273
273
+=
TQQstp
3. Laju permeasi gas murni pada membran adalah :
)( PoPiAm
Q
L
P stp
−=
Dimana : L
P = Laju permeasi (cm
3 (STP).cm
-2.s
-1.cmHg
-1)
QSTP = Laju alir gas permeat pada kondisi STP (cm3
(STP).s-1
)
Am = Luas penampang membran (cm2)
Pi = Tekanan masuk umpan (cmHg)
Po = Tekanan keluar permeat (cmHg)
4. Penentuan selektivitas ideal (α)
Selektivitas CO2 terhadap CH4 dihitung dengan menggunakan persamaan :
)(
)(
/CHCO
4
2
42 /
/
CH
CO
lP
lP=α
Dimana : 42/CHCOα = Selektivitas ideal gas CO2 terhadap CH4
)( 2/ COlP = Laju permeasi gas CO2 murni (cm
3(STP).cm
-2.s
-1.cmHg
-1)
)( 4/ CHlP = Laju permeasi gas CH4 murni (cm
3(STP).cm
-2.s
-1.cmHg
-1)
54
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini ingin diketahui pengaruh variabel-variabel pada proses
pembuatan membran yang meliputi waktu evaporasi, suhu koagulasi, perendaman
dalam larutan polietilen glikol (PEG) cair, media penyimpanan membran, dan
media penyimpanan dengan kepolaran bertahap sebelum membran diuji
4.1. Pengaruh Suhu Koagulasi
Pengaruh koagulasi yang dimaksudkan untuk mengendapkan dan
membentuk membran diamati dengan mengukur selektivitas membran pada tiga
suhu yang berbeda, yaitu pada suhu 9 0C, 18
0C dan 25
0C yang menunjukkan data
sebagai berikut :
Gambar 19. Pengaruh Suhu Koagulasi Terhadap Selektivitas Membran
0
5
10
15
20
25
30
35
40
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
9ºC
18ºC
25ºC
Se
lekti
vit
as
55
Secara umum, semakin rendah suhu koagulasi semakin rendah flux (aliran
gas) yang melewati membran. Artinya semakin dihasilkan membran yang
retentive. Pada gambar 19 diatas dapat dilihat bahwa hasil pengujian
menunjukkan selektivitas pada suhu 9 0C merupakan yang terendah diantara
ketiga suhu yang diuji yaitu antara 6,5 – 15,5 psi. Sedangkan pada suhu 25 dan 18
0C mempunyai nilai selektivitas yang hampir sama pada tekanan 20 – 80 psi. Hal
ini kemungkinan disebabkan pada suhu dingin (<10 0C) kecepatan pelarutan
aseton dan formamida terhadap air lebih lambat dibandingkan pada suhu kamar
sehingga pembentukan pori membran kurang sempurna. Akibatnya selektivitas
yang didapat lebih rendah diabndingkan pada suhu kamar.
Pengaruh suhu koagulasi terhadap laju permeasi CH4 dan CO2 dapat
dilihat pada gambar berikut :
(a)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
Laju
Pe
rme
asi
(10 -6 cm
3 (S
TP
)/cm
2 .S
.cm
Hg
)
9ºC
18ºC
25ºC
56
(b)
Gambar 20. Pengaruh suhu koagulasi terhadap (a) Laju permeasi CH4, dan (b)
Laju
permeasi CO2
Pada gambar 20 di atas, laju permeasi CH4 cenderung meningkat dengan
semakin rendahnya suhu koagulasi, artinya semakin sedikit CH4 yang melewati
membran dengan menurunnya suhu koagulasi. Laju permeasi CH4 pada suhu 18
0C di tekanan 90 dan 100 psi meningkat secara tajam, hal ini menyebabkan
selektivitasnya turun secara drastis yang dapat disebabkan karena timbulnya
defect pada lapisan membran pada tekanan tersebut. Laju permeasi CO2 melewati
membran yang tertinggi adalah pada suhu 18 0C.
4.2. Pengaruh Waktu Evaporasi
Evaporasi dilakukan dengan mendiamkan adonan membran yang telah
dicasting di udara terbuka selama 10 sampai 100 detik (Loeb, 1963) untuk
membiarkan sebagian pelarut menguap ke udara. Pengamatan pengaruh waktu
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
4
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
Laju
Pe
rme
asi
(10
-6cm
3(S
TP
)/cm
2.S
.cm
Hg
)
25ºC
9ºC
18ºC
57
evaporasi dilakukan pada tiga variasi, yaitu pada 30, 45, dan 60 detik. Pengujian
yang dilakukan menunjukkan hasil sebagai berikut :
Gambar 21 : Pengaruh Waktu Evaporasi Terhadap Selektivitas Membran
Dari gambar 21 di atas, didapatkan hasil selektivitas yang lebih baik
diperoleh pada waktu evaporasi 60 detik. Hasil ini diduga disebabkan semakin
lama waktu evaporasi akan semakin banyak aseton yang menguap ke udara,
akibatnya lapisan selektivitas yang terbentuk akan semakin padat. Lapisan selektif
yang lebih padat membuat solubilitas gas CO2 terhadap membran akan lebih
berperan yang menjadikan membran tersebut bekerja lebih efektif. Pada waktu
evaporasi 60 detik pada tekanan di atas 70 psi tidak dapat diukur selektivitasnya,
hal ini dikarenakan lapisan selektif membran tidak mampu menahan tekanan di
atas 70 psi.
Pengaruh waktu evaporasi terhadap laju permeasi CH4 dan CO2 dapat
dilihat pada gambar berikut :
0
20
40
60
80
100
120
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
Sele
kti
vit
as
30 detik
45 detik
60 detik
58
(a)
(b)
Gambar 22. Pengaruh waktu evaporasi terhadap (a) Laju permeasi CH4, dan (b)
Laju permeasi CO2
Pada gambar 22 di atas, laju permeasi CH4 yang tertinggi di dapat pada
waktu evaporasi 30 detik. Hal ini disebabkan karena membran dengan waktu
evaporasi 30 detik memiliki lapisan selektif yang paling tipis sehingga membran
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3
3.5
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
30 detik
45 detik
60 detik
Laju
Perm
ea
si
(10
-6cm
3(S
TP
)/cm
2.S
.cm
Hg
)
0
2 4
6
8
10
12 14
16
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
30 detik
45 detik
60 detik
Laju
Perm
ea
si
(10
-6c
m3(S
TP
)/cm
2.S
.cm
Hg
)
59
tersebut yang paling mudah dilewati oleh CH4. Pada laju permeasi CO2 yang
paling tinggi didapat pada waktu evaporasi 60 detik. Lapisan selektif yang paling
tebal yang dihasilkan pada waktu evaporasi 60 detik menyebabkan gas CO2 paling
mudah melewati membran ini. Namun pada tekanan di atas 70 psi, membran tidak
mampu menahan tekanan yang didapat sehingga kemungkinan terjadi kebocoran
membran.
4.3. Variasi Perendaman PEG
Perendaman PEG dilakukan setelah adonan membran selesai di casting
dengan ketebalan yang diinginkan, kemudian direndam dalam PEG cair (BM 600)
selama 30 detik. Setelah perendaman dalam PEG proses selanjutnya sesuai
dengan prosedur preparasi membran. Perendaman PEG dilakukan dengan maksud
untuk meminimalkan defect yang mungkin timbul selama casting dan evaporasi di
udara terbuka.
Perendaman dalam PEG diamati dalam 3 variasi yaitu tanpa perendaman
PEG, perendaman PEG dengan evaporasi 60 detik, dan perendaman PEG tanpa
evaporasi. Pembahasan mengenai variasi ini dibagi menjadi 2 bagian, yaitu variasi
perendaman dan variasi evaporasi. Pada variasi perendaman menunjukkan hasil
sebagai berikut :
60
Gambar 23. Pengaruh perendaman membran dalam PEG terhadap selektivitas
membran.
Dari gambar 23 di atas, hasil selektivitas evaporasi dengan perendaman
selektivitasnya lebih rendah pada tekanan 10 – 40 psi dibandingkan dengan
evaporasi tanpa perendaman, namun pada tekanan selanjutnya (50 – 100 psi)
selektivitasnya lebih tinggi. Membran dengan perendaman menghasilkan
selektivitas yang lebih stabil dibandingkan tanpa perendaman PEG. Hal ini
disebabkan membran dengan perendaman PEG lebih terlindungi dari
kemungkinan terjadinya defect, sehingga morfologi membran yang terbentuk
lebih baik. Variasi evaporasi dengan perendaman PEG didapat hasil sebagai
berikut :
0
5 10 15 20 25 30 35 40 45
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
Sele
kti
vit
as
Evaporasi tanpa perendaman
Evaporasi dan perendaman
61
Gambar 24. Pengaruh perendaman membran dalam PEG terhadap selektivitas
membran.
Dari gambar 24 di atas, selektivitas membran dengan perendaman tanpa
evaporasi lebih tinggi dibandingkan membran dengan evaporasi. Hal ini
disebabkan membran dengan evaporasi kemungkinan defect yang terjadi akibat
evaporasi di udara lebih besar dibandingkan tanpa evaporasi.
Pengaruh perendaman PEG terhadap laju permeasi CH4 dan CO2 dapat dilihat
pada gambar berikut :
0
10 20
30 40 50 60 70 80 90
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
Se
lekti
vit
as
Evaporasi dan perendaman
Perendaman tanpa evaporasi
62
(a)
(b)
Gambar 25. Pengaruh perendaman PEG terhadap (a) Laju permeasi CH4, dan (b)
Laju permeasi CO2
Pada gambar 25 di atas, laju permeasi CH4 tanpa perendaman PEG lebih
tinggi dibandingkan dengan perendaman PEG, baik dengan maupun tanpa
evaporasi. Laju permeasi CH4 pada membran tanpa perendaman pada tekanan 10
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
La
ju p
erm
ea
si
Tanpa perendaman PEG
Perendaman dan Evaporasi
Perendaman tanpa evaporasi
(10
-6cm
3(S
TP
)/cm
2.S
.cm
Hg
)
0
1
2
3
4
5
6
7
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
Laju
pe
rme
asi
Tanpa perendaman PEG
Perendaman dan Evaporasi
Perendaman tanpa evaporasi
(10
-6cm
3(S
TP
)/cm
2.S
.cm
Hg
)
63
psi tidak dapat diukur, hal ini karena pada tekanan tersebut CH4 belum mampu
menembus membran. Perendaman lebih mampu menahan CH4 untuk melewati
membran. Hal ini disebabkan morfologi membran yang direndam PEG memiliki
pori yang lebih rapat dengan perlakuan perendaman tersebut, sehingga difusi CH4
lebih lambat. Pada laju permeasi CO2 tanpa perendaman merupakan yang tertinggi
dibandingkan yang lain. Hal ini disebabkan pori membran tanpa perendaman lebih
besar, sehingga CO2 lebih mudah lewat. Namun karena permeasi CH4 juga besar
maka nilai selektivitasnya menjadi rendah. Laju permeasi CO2 dengan
perendaman PEG tanpa evaporasi lebih tinggi dibandingkan dengan evaporasi.
Hal ini disebabkan morfologi membran yang lebih baik pada perendaman tanpa
evaporasi.
4.4. Variasi Media Penyimpanan
Membran yang digunakan dalam pemisahan gas harus dalam kondisi
kering bebas air. Hal ini mengingat aplikasinya dalam sumur gas yang kering.
Untuk itu perlu diketahui kemampuan selektivitas membran bila disimpan dalam
kondisi kering yang dalam penelitian ini digunakan desikator sebagai media
penyimpanan. Hasilnya dapat dilihat pada gambar berikut :
64
Gambar 26. Pengaruh media penyimpanan terhadap selektivitas membran
Berdasarkan gambar di atas, penyimpanan membran dalam air
memberikan hasil selektivitas yang jauh lebih tinggi dibandingkan penyimpanan
dalam desikator. Hal ini disebabkan penyimpanan dalam desikator membuat pori
membran menjadi collaps (rubuh) sehingga membran menjadi rapuh dan
ketahanan mekanisnya rendah. Karena itu membran harus disimpan dalam air
untuk menjaga pori membran agar tidak berubah dan tidak rapuh.
Pengaruh media penyimpanan terhadap laju permeasi CH4 dan CO2 dapat
dilihat pada gambar berikut :
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
Sele
kti
vit
as
air
desikator
65
(a)
(b)
Gambar 27. Pengaruh media penyimpanan terhadap (a) Laju permeasi CH4, dan
(b) laju permeasi CO2
Dari gambar 27 di atas, diketahui membran yang disimpan dalam desikator
memiliki laju permeasi CH4 dan CO2 yang tinggi sehingga dihasilkan membran
dengan selektivitas membran yang rendah.
0 20 40 60 80
100 120 140 160
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
Laju
perm
easi
air
desikator
(10
-6cm
3(S
TP
)/cm
2.S
.cm
Hg
)
0
20
40
60
80
100
120
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Tekanan (psi)
Laju
perm
easi
(10
-6cm
3(S
TP
)/cm
2.S
.cm
Hg
)
air desikator
66
4.5. Variasi Penyimpanan dengan Kepolaran Bertahap
Dalam aplikasinya, membran digunakan dalam kondisi kering. Namun
dari hasil variasi sebelumnya diketahui penyimpanan dalam desikator belum
memberikan hasil yang baik. Oleh karena itu, variasi media penyimpanan yang
lainnya perlu dilakukan. Kepolaran bertahap adalah pengeringan membran secara
bertahap berdasarkan kepolaran dari larutan (Baker, 2000). Membran disimpan
dalam larutan yang mempunyai kepolaran yang tinggi sampai dengan kepolaran
yang rendah secara bertahap.Hasil selektivitas yang didapat dari masing-masing
membran adalah sebagai berikut :
Gambar 28. Pengaruh kepolaran bertahap terhadap selektivitas membran
Dari gambar 28 di atas, menunjukkan hasil selektivitas yang rendah baik
penyimpanan akhir dalam desikator maupun dalam hexan dibandingkan
selektivitas pada variasi-variasi sebelumnya. Hal ini disebabkan semakin nonpolar
pelarut yang digunakan akan menarik molekul air di dalam membran yang dapat
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
10 20
Tekanan (psi)
Sele
kti
vit
as
desikator
hexan
67
menjaga pori membran tidak berubah atau rubuh keluar dari membran. Sehingga
membran yang dihasilkan tidak bekerja efektif.
Pengaruh kepolaran bertahap terhadap laju permeasi CH4 dan CO2 dapat
dilihat pada gambar berikut :
(a)
(b)
Gambar 29. Pengaruh kepolaran bertahap terhadap (a) Laju permeasi CH4, dan
(b) laju permeasi CO2
0
50
100
150
200
250
10 20
Tekanan (psi)
La
ju p
erm
ea
si
desikator
hexan
(10
-6cm
3(S
TP
)/cm
2.S
.cm
Hg
)
0 20 40 60 80
100 120 140 160 180
10 20
Tekanan (psi)
Laju
pe
rme
asi
desikator
hexan
(10
-6cm
3(S
TP
)/cm
2.S
.cm
Hg
)
68
Dari gambar di atas diketahui bahwa kepolaran bertahap meningkatkan
laju permeasi CH4 dan CO2. Hal ini menunjukkan membran tidak mampu
menahan permeasi dari CH4 maupun CO2. Terbukti dengan hasil selektivitas dari
kedua membran yang jauh lebih rendah dibandingkan membran yang disimpan
dalam air.
69
BAB V
KESIMPULAN
5.1. Kesimpulan
Dari penelitian yang telah dilakukan preparasi terbaik untuk membran
selulosa asetat menggunakan PEG 20.000 untuk pemisahan gas CO2 dan CH4
adalah sebagai berikut :
1. Suhu koagulasi yang terbaik diperoleh pada suhu kamar (25 0C).
2. Waktu evaporasi yang terbaik diperoleh pada waktu 60 detik.
3. Perendaman dalam PEG cair (BM 600) setelah membran dicetak tanpa
melalui proses evaporasi memberikan hasil yang lebih baik dibandingkan
perendaman PEG yang melalui proses evaporasi maupun yang tidak dilakukan
perendaman dalam PEG cair.
4. Media penyimpanan dalam air memberikan hasil yang lebih baik
dibandingkan dalam desikator.
5. Kepolaran bertahap yang dilakukan tidak menghasilkan membran yang lebih
baik dibandingkan penyimpanan dalam air.
5.2. Saran
1. Dalam proses pembuatan membran perlu diperhatikan kondisi-kondisi yang
terkontrol agar diperoleh membran yang seragam.
70
2. Perlu dicari variasi-variasi yang lain agar dapat diperoleh membran dengan
selektivitas yang baik pada kondisi kering mengingat aplikasinya di lapangan
gas yang dalam kondisi kering.
71
DAFTAR PUSTAKA
Andriani, Yayun. 2003. Pemakaian Membran Polisulfon untuk Pemisahan Gas
Hidrogen dan Karbon Monoksida. Thesis, FMIPA, Universitas Indonesia,
Depok.
Baker, R.W. 2000. Membrane Technology and Applications. New York :
McGraw-Hill.
C. Yi, J. Wang, M. Li, S. Wang, Z. Wang. 2005. Facilitated Transport of CO2
through Polyvinylamine/polyethylene Glycol Blend Membranes.
Desalination Journal 193 : 90-96.
Davidson, Clive. 7 February 2003. "Marine Notice: Carbon Dioxide: Health
Hazard". Australian Maritime Safety Authority.
Dewi, A.S. 2007. Efek Polietilen Glikol Berwujud Padat Terhadap Membran
Berbahan Dasar Selulosa Asetat untuk Pemisahan Gas CO2/CH4 pada
Tekanan Rendah. Skripsi, Fakultas Teknik UI, Depok.
Donald L. Kuehne, Shriden K. Friedlander. 1980. Selective Transport of sulfur
dioxide through polymer membranes. Ind. Eng. Chem. Process Des. Dev.
19. 609.
Fane, A.G. 2000. Introduction to Membrane Science and Technology.Australia :
School of Chemical Engineering and Industrial Chemistry, The University
of New South Wales
Freeman, B.D. and I. Pinnau. 1999. Polymer Membranes for Gas and Vapor
Separation. Washington D.C : American Chemical Society.
H. J. Kim, A. Tabe-Mohammadi, A. Kumar, A. F. Fouda. 1999. Asymetric
Membranes by a Two Stages Gelatin Technique for Gas Separation :
Formation and Characterization. Journal of Membrane Science 161 : 229-
238.
Kenji Matsumoto, Ping Xu, Tadashi Nishikimi. 1993. Gas Permeation of
Aromatic Polyimides. 1. Relationship Between Gas Permeabilities. J.
Membrane Sci. 81. 15
Kenji Matsumoto, Ping Xu. 1993. Gas Permeation of Aromatic Polyimides. 2.
Influence of Chemical Structur. J. Membrane Sci. 81. 23
King, J.C. Separation processes based on reversible chemical complexation,
Separation Technology. Rousseau (ed), CRC. 199.
72
Li, J., K. Nagai, T. Nakagawa, and S. Wang. 1998. Preparations of
Polyethyleneglycol (PEG) and Selulosa Acetate (CA) Blend Membrans
and Their Gas Permeabilities. Journal of Membrane Science 138 : 143-
152.
Lin, Haiqing and Benny D. Freeman. 2004. materials Selection Guidelines for
Membranes that Remove CO2 from Gas Mixtures. Journal of Molecular
Structure, xx, pp. 1-18.
Lucia, Anda. 2006. Preparasi dan Karakterisasi Membran Fixed Carrier untuk
Pemisahan CO2/CH4 pada Tekanan 104,3-517,1 cmHg. Thesis, Fakultas
Teknik UI, Depok.
Mulder, Marcel. 2000. Basic Principles of Membrane Technology, Second
Edition. Netherland : Kluwer Academic Publisher.
Pandey, Pratibha and R.S. Chauhan. 2001. Membranes for Gas Separation. Prog.
Polym. Sci 26 : 853-893.
Perry, Robert H and Don W. Green. 1999. Perry's Chemical Engineer's
Handbook. New York : McGraw-Hill.
Purwanto, Widodo. 2004. Indonesian Energy Outlook and Statistic 2004.
Pengkajian Energi Universitas Indonesia.
S. Loeb and S. Sourirajan. 1963. Sea Water Demineralization by Means of an
Osmotic Membrane. Saline Water Conversion-II. Advance in Chemistry
Series no, 28. American Chemical Society. Washington.
Schendel, R.L. 1984. Gas Separation Membrane and the Gas Industry. California
: Engineers Inc., PCGA Transmission Conference.
Speight, James G. 1991. The Chemistry and Technology of Petroleum, Second
Edition. New York : Marcel Dekker Inc.
Teramoto, Masaaki., Satoshi Kitada, Nobuaki Ohnishi, Hideto Matsuyama and
Norifumi Matsumiya. 2003. Separation and Concentration of CO2 by
capilarry-Type Facilitated Transport Membrane Module with Permeation
of Carrier Solution. Journal of Membrane Science 234 : 83-94.
73
LAMPIRAN
Lampiran 1. Perhitungan Data Penelitian
Berikut perhitungan kalibrasi luas permukaan selang, perhitungan laju
permeasi, permeabilitas, dan selektivitas membran pada kondisi ideal :
A. Kalibrasi luas permukaan selang (A)
Pada temperatur 25 0C berat jenis (ρ) air raksa 13.5385 g/cc.
Berat dalam kolom sepanjang 5 cm (L) adalah 2.2 g
p
mV =
3
.5385.13
2.2
cmg
g=
= 0.1625 cm3
Aps = luas penampang selang (cm2)
V = Aps x L
L
VAps =
cm
cm
5
1625.0 3
= = 0.0325 cm2
B. Menghitung laju permeasi (QSTP), permeabilitas (P), dan selektivitas (α)
kondisi ideal
Menentukan laju permeasi (P/l) ideal: d = 3.8 cm
Am = П x (1.90)2
= 11.3 cm2
74
Berdasarkan data lampiran 1, untuk tekanan 10 psi, diukur pada tiga titik, data
laju alir CH4 adalah sebagai berikut:
jarak waktu
0.4 cm 314.43 detik
0.7 cm 493.4 detik
1.1 cm 739.87 detik
dL / dt = jarak (cm) / waktu (detik)
= 0.4 cm / 314.43 detik = 0.00127 cm/s
= 0.7 cm / 493.4 detik = 0.00168 cm/s
= 1.1 cm / 739.87 detik = 0.00162 cm/s
karena dalam percobaan digunakan tiga titik (jarak) maka untuk laju alir gas
permeat (Q) digunakan nilai rata-rata dari dL / dt yaitu = 0.00152 cm/s
laju alir gas permeat dT
dLAQ =)(
= 0.0325 cm2 x 0.00152 cm.S
-1
= 0.000050 cm3.s
-1
QSTP = 0.000050 cm3.s
-1 x (273/298)= 0.000045cm
3.s
-1
Laju permeasi gas CH4 ideal (P/l) adalah
∆P = 10 psi = 51.715 cmHg
75
( )PA
Q
l
P
m
STP
∆×=
( )cmHg 51.715 x cm 11.3
.s0.000045cm2
-13
=
= 7.739 x 10-8
cm3 (STP).cm
-2.s
-1.cmHg
-1
Pada tekanan 10 psi, hasil percobaan untuk permeasi gas CO2 diperoleh dL/dt
= 0.05102cm.s-1
. Dengan cara yang sama dengan di atas, maka diperoleh pula
laju permeasi gas CO2 ideal : P / l = 2.591 x 10-6
cm3(STP).cm
-2.s
-1.cmHg
-1
Jadi, selektivitas ideal (α):
=
4
2
CHl
P
COl
P
α
( )( ) 1-1-2-38-
-1-1-23-6
.cmHg.s.(STP).cm cm10 x 7.739
.cmHg.s.(STP).cm cm 10 x 2.591=
= 33.48
76
Lampiran 2. Foto Penelitian
Pengadukan dengan magnetik stirer Proses casting
Tempat koagulasi Proses annealing dalam penangas air
Penyimpanan membran dalam media air Penyimpanan membran dalam desikator
77
Pengukuran ketebalan aktual membran Sel permeasi
Flow meter Tabung gas
78
Lampiran 3. Desain Penelitian
79
Lampiran 4. Data Penelitian
1. Variasi suhu koagulasi
a. Suhu koagulasi pada 25 0C
b. Suhu koagulasi pada 9 0C
c. Suhu koagulasi pada 18 0C
2. Variasi waktu evaporasi
a. Waktu evaporasi 30 detik
b. Waktu evaporasi 45 detik
c. Waktu evaporasi 60 detik
3. Variasi perendaman PEG
a. Evaporasi tanpa perendaman PEG
b. Perendaman PEG dan evaporasi
c. Perendaman PEG tanpa evaporasi
4. Variasi media penyimpanan
a. Media penyimpanan air
b. Media penyimpanan desikator
5. Variasi kepolaran bertahap
a. Kepolaran bertahap dalam desikator
b. Kepolaran bertahap dalam n-hexan
80
Data 1.a
Data uji permeasi membran CA + 5% PEG 20.000, tebal casting 200mm, waktu evaporasi 60 detik (II), koagulasi pada suhu kamar (250 C), tebal sebelum 170, tebal sesudah uji 165
A selang 0.03250 tetapan STP (To/T1) 273/298 = 0.9161
Data uji permeasi membran CA + 5% PEG 20.000, tebal casting 200mm, waktu evaporasi 60 detik, koagulasi pada suhu 18ºC, tebal sebelum 150, tebal sesudah uji 145
A selang 0.03250 tetapan STP (To/T1) 273/298 = 0.9161 konversi psi ke cm Hg = 5.171 Luas membran (Am) = 11.3354
Data uji permeasi membran CA + 5% PEG 20.000, tebal casting 200mm, waktu evaporasi 30 detik, koagulasi pada suhu kamar (25 0C), tebal sebelum 130, tebal sesudah uji 125
A selang 0.03250 tetapan STP (To/T1) 273/298 = 0.9161
Data uji permeasi membran CA + 5% PEG 20.000, tebal casting 200mm, waktu evaporasi 60 detik, koagulasi pada suhu kamar (28 C), tebal sebelum 160, tebal sesudah uji 155
A selang 0.03250 tetapan STP (To/T1) 273/298 = 0.9161 konversi psi ke cm Hg = 5.171 Luas membran (Am) = 11.3354