TUGAS Pemisahan Pelarut Organik dengan Nanofiltrasi

TUGAS

Pemisahan Pelarut Organik dengan Nanofiltrasi

  

Disusun Oleh :

Nama Kelompok : Dimas Viko A

                 Doni

                       M. Rizki

                                   Maulana Aqsan

                     Jeffry S

                    Reza A

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI

JURUSAN TEKNIK MESIN

UNIVERSITAS GUNADARMA

KALIMALANG

2018

Abstrak

Proses pemisahan suatu zat terlarut dari pelarut merupakan proses yang penting dalam berbagai bidang industri. Proses pemisahan yang berkembang seringkali memakan energi yang besar sehingga biaya yang dibutuhkan untuk proses pemisahan tersebut juga besar. Metode pemisahan dengan membran nanofiltrasi merupakan metode pemisahan yang relatif baru, namun dapat mengatasi sebagian besar kekurangan-kekurangan dari metode pemisahan secara konvensional. Membran nanofiltrasi adalah membran yang menggunakan perbedaan tekanan sebagai driving force. Membran ini dapat terbuat dari berbagai jenis bahan. Selektifitas dari masing-masing membran juga spesifik pada pelarut tertentu dan dalam kondisi operasi tertentu. Metode nanofiltrasi yang dibahas adalah metode yang digunakan untuk memisahkan pelarut organik. Metode ini dapat digunakan pada industri petrokimia, pemisahan katalis homogen sehingga dapat didaur ulang, pemisahan lelehan ion, mengoptimalkan tahap pertukaran pelarut pada sintesis senyawa organik multitahap, dan pemisahan minyak nabati dari asam lemak bebas dalam industri pangan. Walaupun membran dapat memberikan beberapa keuntungan dalam proses pemisahan dibanding dengan proses pemisahan secara konvensional, metode membran juga memiliki beberapa kekurangan. Beberapa kekurangan yang terdapat dalam metode membran seringkali menjadi faktor penghambat pengembangan membran untuk digunakan secara luas dalam bidang industri.

Kata kunci : nanofiltrasi, pemisahan pelarut organik, distilasi osmotik membran

1.         Pengantar

          Dalam beberapa tahun belakangan, membran telah menjadi salah satu metode pemisahan yang banyak digunakan oleh berbagai industri dan pengobatan. Fokus yang akan dibahas dalam paper ini adalah membran berbasis gaya dorong tekanan, khususnya membran  nanofiltrasi. Berdasarkan gaya dorong tekanan, membrane dapat dibagi menjadi membran mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, dan reverse osmosis. Mikrofiltrasi (MF) merupakan jenis membran yang selektivitasnya tidak terlalu besar. Membran ini dapat memisahkan partikel pada kisaran 0.1 hingga 10 μm. Mikrofiltrasi banyak dikembangkan dalam pengolahan mikroorganisme yang terdapat pada air minum. Setingkat lebih selektif dibanding mikrofiltrasi, membran ultrafiltrasi (UF) dapat memisahkan partikel dengan ukuran 1 hingga 100 nm. Membran jenis ini berbasis pada tekanan hidrostatik yang dapat mendorong larutan untuk melewati membran semipermeabel. Membran nanofiltrasi (NF) merupakan jenis membran yang baru berkembang dengan pesat. Membran ini dapat memisahkan partikel dengan ukuran kurang dari 2 nm. Membran nanofiltrasi seringkali digunakan untuk pemisahan larutan dengan konsentrasi zat terlarut yang sangat rendah. Sedangkan reverse osmosis adalah metode pemisahan zat terlarut dari pelarut menggunakan tekanan eksternal untuk mengatasi tekanan osmotik. Penggunaan tekanan eksternal berakibat pada pemisahan berbagai jenis molekul bahkan ion dari larutan [1-2].

   Membran tersebut dapat diproduksi dengan proses fabrikasi. Proses tersebut terdiri dari persiapan membran. Tahap ini terdiri dari casting, spinning, dan coating. Tahap persiapan membran kemudian dilanjutkan dengan sintering, stretching, track-etching, template leaching, inversi fasa, dan polimerisasi interfasa [3].

Nanofiltrasi pada saat ini juga sering digunakan dengan mengombinasikan membran berpori dengan muatan listrik pada permukaan membran, menggunakan electroneutral, dan menggunakan membran yang sangat rapat (tidak berpori) untuk mengisolasi komponen yang diinginkan dari suatu larutan. Penggunaan muatan listrik pada membran dapat menggunakan prinsip elektrodialisis atau elektrodeionisasi. Elektrodialisis dapat memisahkan ion pada larutan dengan menggunakan perbedaan potensial listrik. Elektrodialisis terutama digunakan untuk pemisahan anion dari kation atau sebaliknya. Sedangkan elektrodeionisasi dapat memisahkan ion akibat adanya potensial listrik. Pemisahan ini berbasis pada pemecahan molekul air menjadi ion hidrogen dan hidroksil. 

2.         Pemisahan Menggunakan Metode Konvesional Dan Membran

Pemisahan komponen menggunakan membran nanofiltrasi tidak melibatkan adanya perubahan fasa, sehingga energi yang digunakan dalam proses pemisahan menjadi lebih sedikit dibanding dengan proses pemisahan secara konvensional, seperti distilasi dan ekstraksi [4]-[8]. Namun, hasil yang optimal seringkali dicapai dengan menggabungkan kedua proses pemisahan tersebut, baik dengan menggunakan membran, mampun dengan cara konvensional. Umumnya, pemisahan diawali dengan penggunaan membran nanofiltrasi dilanjutkan dengan proses konvensional. Hal ini dilakukan agar komponen pelarut sebagian besar telah terpisahkan oleh membran nanofiltrasi, sehingga energi yang dibutuhkan oleh proses konvensional dalam pemisahan komponen tidak terlalu besar. Dengan demikian, biaya yang dikeluarkan dapat diminimalisir. Di samping penggabungan kedua proses pemisahan tersebut, pemisahan dapat dilakukan dengan menggunakan distilasi membran. Distilasi membrane dilakukan dengan berbagai moda yang berbeda cara pengumpulan permeat, mekanisme perpindahan massa melalui membran, dan alasan untuk pembentukkan gaya dorong. Salah satu jenis membran distilasi adalah distilasi osmotik membran. Membran yang digunakan adalah membran yang bersifat hidrofobik dimana membrane mencegah penetrasi dari larutan, sehingga hanya komponen yang dapat melewati membran hanyalah komponen yang bersifat volatil. [9]. Penelitian menunjukkan bahwa membran nanofiltrasi dapat digunakan secara komersial, membran ini kemungkinan dapat digunakan dalam berbagai bidang, seperti migas, kimia, industri pangan, dan bahkan pemisahan pelarut organik pada katalis homogen.

3.         Membran untuk nanofiltrasi pelarut organik

Beberapa syarat  yang harus dimiliki oleh membran nanofiltrasi untuk memisahkan pelarut organik secara efektif adalah membran harus memiliki tahanan kimiawi dan mekanis terhadap pelarut organik. Selain itu, membran juga harus mampu melewatkan pelarut organik dengan baik, tetapi dapat memisahkan komponen dalam pelarut tersebut dan menampungnya dalam jumlah yang cukup besar. Membran yang sering digunakan sebagai bahan untuk nanofiltrasi sekarang ini adalah membran polimer dan membran anorganik.

Membran polimer yang sering digunakan untuk memisahkan pelarut organik dapat dibagi ke dalam tiga kelas, yaitu:

a.       Membran karet dengan permeabilitas tinggi

Membran ini sering digunakan untuk membentuk membran komposit dengan lapisan selektif berada pada material penyangga berpori [10]-[12]. Contoh membran ini adlah MPF-50 dengan ketebalan 100 nm. Ketika penyimpanan komponen yang terpisahkan sedikit, perpindahan larutan melalui lapisan selektif didominasi oleh pemutusan dan difusi dari komponen dalam larutan. Penyimpanan komponen yang terpisahkan dalam jumlah besar diakibatkan adanya transpor massa yang besar. Walaupun hal ini dapat meningkatkan efektifitas membrane, transpor massa dalam jumlah besar ini dapat mengurangi properti mekanik dan selektifitas dari membran. Hal ini dapat diatasi dengan menggunakan membran polimer dengan model

b.      Membran polimer kaca dengan permeabilitas rendah

Membran ini digunakan untuk membentuk membran asimetris dengan lapisan selektif dan lapisan penyangga terbuat dari material yang sama.¹⁵ Membran ini dapat terbuat dari poliamida, polimida, polisulfon, dan poliamida. Kekurangan dari membran ini adalah adanya kontak dengan pelarut organik yang berbeda dapat menyebabkan perubahan morfologi, struktur, dan lapisan selektif membran secara ireversibel yang dapat berakibat pada karakteristik perpindahan dan pemisahan komponen.

4.         Aplikasi Dari Nanofiltrasi Pada Industri Petrokimia

            Industri petrokimia adalah industri yang menggunakan bahan baku bersumber dari minyak bumi dan gas bumi untuk pengolahan produk kimia. Industri petrokimia dibagi ke dalam tiga bagian besar, yaitu produk petrokimia hulu, produk antara, dan produk petrokimia hilir. Industri petrokimia hulu berperan dalam pengolahan produk dasar menjadi produk setengah jadi ataupun produk jadi, seperti propilena, metanol, dan etanol. Industri antara berperan  dalam mengolah produk setengah jadi yang dihasilkan oleh industri hulu menjadi produk yang masih bisa diolah ataupun produk jadi. Sedangkan industri hilir adalah industri yang mengolah produk antara menjadi produk jadi yang dapat digunakan langsung oleh masyarakat [18].

           

Gambar Diagram alir industri petrokimia

Industri petrokimia identik dengan penggunaan bahan baku berupa hidrokarbon rantai panjang (parafin). Salah satu contoh adalah adanya parafin dalam bensin dapat meningkatkan titik leleh dari bensin. Hal tersebut dapat diatasi dengan melarutkan parafin dengan pelarut organik. Pelarut organik akan menurunkan viskositas sistem pada temperatur yang rendah. Pelarut organik kemudian didinginkan hingga -20 ⁰C untuk mengkristalisasi parafin. Parafin yang sudah terkristalisasi selanjutnya dipisahkan dengan proses penyaringan. Proses penyaringan ini dilakukan dengan menggunakan membran nanofiltrasi yang kemudian dilanjutkan dengan proses distilasi.

Penggunaan nanofiltrasi dalam industri petrokimia telah banyak berkembang. Beberapa paten telah ditemukan untuk memisahkan pelarut dari parafin. Paten ini menggunakan membran berbahan selulosa asetat, polimida, dan polikarbonat. Selain itu, ‘Shell Oil’ juga telah membangun sebuah unit berskala pilot untuk memisahkan campuran minyak dengan berbagai pelarut [19].

Setelah diteliti, material membran yang baik untuk pemisahan adalah bahan polisiloksan dengan substitusi halogen dan memiliki ruang penyimpanan yang terbatas terhadap komponen yang dipisahkan dengan menggunakan membrane nanofiltrasi. Dalam 14 bulan, produktifitas dari membran menurun hingga setengahnya, namun kemurnian dari pelarut yang digunakan tetap terjaga. Hal ini telah menunjukkan adanya kemungkinan untuk mendaur ulang 25 hingga 50 % pelarut dengan menggunakan membrane nanofiltrasi tersebut. Selain itu, penggunaan proses berbasis nanofiltrasi ini juga meminimalkan penggunaan energi dibanding dengan proses konvensional yang melibatkan perubahan fasa. Pengurangan jumlah energi yang digunakan berimpilikasi pada pendapatan tahunan yang semakin meningkat. Dengan demikian penggunaan nanofiltrasi dalam industri petrokimia dapat meningkatkan efektifitas pemisahan, mengurangi jumlah energi, dan meningkatkan pendapatan industri. Suatu pabrik petrokimia di Texas, USA, ‘Mobil Beaumont Refinery’ memulai industri pemisahan minyak dari parafin.

5.         Aplikasi Dari Nanofiltrasi Dalam Kalatalis Homogen

Kompleks  antara  logam  transisi  (Pt,Pd, Ru, Rh, dll) dengan ligan organik seringkali digunakan sebagai katalis dalam proses sintesis senyawa organik dan industri petrokimia. Katalis yang terbentuk tersebut biasanya mahal, sehingga dibutuhkan proses daur ulang. Katalis yang diperoleh kembali di akhir reaksi diolah agar dapat digunakan kembali dalam proses selanjutnya. Dengan demikian, dibutuhkan teknologi yang dapat memisahkan katalis dari produk yang terbentuk dengan efektif. Beberapa sistem katalis dengan aktifitas dan selektifitas yang besar dan digunakan pada kondisi operasi lunak seringkali mengalami deaktivasi pada saat proses daur ulang. Dibutuhkan beberapa metode untuk menjaga agar katalis yang digunakan tidak mengalami deaktivasi.

Apabila katalis larut dalam salah satu fasa, sedangkan produk reaksi larut dalam fasa lainya, maka katalis dapat dengan mudah dipisahkan dari produk reaksi. Salah satu kekurangan dari metode ini adalah terkadang substrat dan produk reaksi tidak cukup larut dalam fasa yang mengandung katalis sehingga dapat menurunkan laju reaksi. Untuk mengatasi masalah ini, reaksi dapat dilakukan pada perbatasan antara fasa air dan fasa organik.

Prinsip dari metode kedua adalah memastikan bahwa katalis dapat dengan mudah dipisahkan pada proses filtrasi [20],[21]. Partikel berukuran halus yang tidak larut dalam campuran reaksi digunakan sebagai material penyangga. Kekurangan dari metode ini adalah adanya penurunan aktivitas dari katalis karena kemungkinan pemutusan ikatan kovalen dengan material penyangga yang cukup besar sehingga menyebabkan katalis larut dalam campuran reaksi dan menjadi sulit dipisahkan.

Metode ketiga merupakan metode dimana seluruh katalis didistribusikan secara sempurna di dalam sistem [22]-[25]. Pada akhir reaksi, katalis kompleks yang tersebar secara merata tersebut dapat dipisahkan dengan menggunakan ultrafiltrasi atau nanofiltrasi.

Metode keempat menggunaka membran nanofiltrasi untuk memisahkan pelarut organik dari katalis. Metode ini sangat efektif karena katalis yang telah terpisahkan dapat langsung digunakan tanpa mengalami modifikasi sedikitpun. Prinsip dari metode ini adalah adanya membran yang dapat menahan dan menampung katalis homogen secara efektif seiring dengan pemisahan produk reaksi dari pelarut. Ukuran katalis yang dapat ditampung berkisar antara 300-1200 Da.

Aplikasi dari metode ini dapat dilakukan dengan menggunakan reaktor kimia yang dikombinasikan dengan membran nanofiltrasi. Proses ini dapat dilakukan baik secara   batchmaupun   kontinu.   Pada kenyataannya, metode ini hanya dapat digunakan secara terbatas. Proses nanofiltrasi berlangsung dengan cukup lambat sehingga menurunkan laju reaksi yang berimplikasi pada menurunnya derajat konversi. Metode nanofiltrasi juga hanya dapat digunakan pada kondisi operasional yang terbatas.

Penggunaan membran dalam proses pemisahan katalis telah dimulai setengah abad yang lalu. Perusahaan ‘American Oil’ telah memberi paten atas metode pemisahan yang digunakannya. Metode pemisahan ini menggunakan membran hidrofobik berbahan polietilen dan digunakan untuk memisahkan katalis asam pada proses konversi hidrokarbon. Membran yang digunakan berbasis reverse osmosis [26].

Paten lain terhadap metode pemisahan dengan membran ini juga dilakukan oleh perusahaan ‘British Petroleum’ pada tahun 1971. Perusahaan ini menggunakan membran ultrafiltrasi untuk menyaring kompleks logam transisi seperti rhodium, nikel, dan vanadium. Membran yang digunakan terbuat dari bahan selulosa asetat [27]. Paten lain juga diberikan terhadap perusahaan tersebut pada tahun 1974. Paten ini berisi metode pemisahan senyawa elemen organik dengan menggunakan membran yang terbuat dari bahan karet silikon pada temperature 0 – 200 ⁰C [28].

Pada tahun 1974, perusahaan E I du Pont de Nemours’ mematenkan metode pemisahan katalis organik dari media organik yang mengandung senyawa nitril [29]. Pemisahan ini menggunakan membran asimetris berbahan polimida dan poliamida aromatik [30]. Pemisahan dengan metode ini dilakukan secara reverse osmosis. Selanjutnya, pada tahun 1993, ‘Membrane Products Kiryat Weitzman Ltd’ mendapatkan paten atas metode pemisahan berbagai zat terlarut dalam pelarut organik [31], [32]. Membran yang digunakan untuk proses tersebut adalah membran nanofiltrasi. Metode ini kemudian dikembangkan dan sering digunakan untuk memisahkan katalis homogen seperti kompleks logam rhodium dan ligan fosfor organik dari campuran reaksi yang mengandung senyawa aldehid enansiomer.

Paten lainnya diberikan pada tahun 1997 untuk metode pemisahan katalis homogen berbasis membran [33]. Paten tersebut menyatakan bahwa membran nanofiltrasi bertipe MPF-50 dapat digunakan untuk menampung katalis rhodium hingga 92.8% pada tekanan 27.5 atm.

Paten-paten yang telah diberikan tersebut menunjukkan bahwa pada sistem reaktor kontinu, penggunaan membran nanofiltrasi dalam pemisahan senyawa organik berukuran halus dapat meningkatkan produk yang dihasilkan. Selain jumlah produk yang meningkat, waktu berlangsungnya reaksi juga semakin berkurang sehingga proses kimia berjalan dengan semakin efektif dan efisien. Keuntungan lain penggunaan nanofiltrasi adalah adanya selektifitas yang tinggi terhadap produk samping yang dihasilkan selama reaksi.

Membran nanofiltrasi yang digunakan untuk memisahkan dan mendaur ulang katalis juga memberikan beberapa keuntungan lain. Katalis dapat didaur ulang dalam keadaan aktif hingga 10 kali pendauran. Katalis yang telah didaur ulang berkali-kali tetap memberikan produk dalam jumlah yang tinggi.

Namun, metode nanofiltrasi juga memiliki beberapa kekurangan. Beberapa percobaan mengenai membran nanofiltrasi menunjukkan bahwa dalam semua kasus (kecuali membran karet), penurunan permeabilitas membran pada suatu media (khususnya toluena) dapat mempengaruhi tekanan parsial membran ketika sistem berada dalam tekanan tinggi. Selain itu, ketika membran diaplikasikan untuk memisahkan katalis, fluks yang melalui membran berkurang dari 20% hingga 65%. Hal ini disebabkan oleh adanya fouling pada permukaan membran oleh katalis homogen. Selain itu, membran bersifat cukup sensitif, sehingga pada kondisi operasional yang tidak lunak ataupun pada pelarut yang berbeda, struktur dari membran dapat mengalami perubahan. Dengan demikian, sulit untuk mendapatkan data yang pasti mengenai ukuran partikel yang dapat diisolasi oleh suatu membran. Data yang tersedia oleh beberapa pabrik mengenai ukuran partikel hanya dapat diterapkan pada kondisi dan pelarut tertentu.

Jenis membran yang paling efektif dalam proses pemisahan adalah membran asimetrik. Membran asimetrik dapat menampung katalis yang terlarut (terutama dalam toluena) dalam jumlah yang besar. Membran asimetrik yang sering digunakan adalah membran STARMEM 122. Membran ini dapat digunakan dalam proses pemisahan dan pendaur-ulangan katalis. Walaupun katalis yang digunakan telah didaur ulang beberapa kali, laju pembentukkan dari produk tetap seperti pada kondisi awal tanpa memerlukan penambahan katalis. Namun, setelah digunakan beberapa waktu, produktifitas dan penampungan dari katalis dalam membran akan semakin menurun.

Berdasarkan percobaan, membran berjenis STARMEM lebih disukai dalam proses nanofiltrasi untuk berbagai jenis zat terlarut yang berada dalam pelarut etil asetat. Membran STARMEM memberikan nilai fluks tertinggi dan penolakan katalis lebih dari 95%. Namun, membran jenis ini juga memiliki beberapa kekurangan jika digunakan untuk memfiltrasi pelarut organik lain, misal membran polimida dari STARMEM 240 tidak stabil dalam pelarut diklorometana dan tetrahidrofuran, sedangkan membrane STARMEM 120 dan 122 mempunyai nilai permeabilitas yang sangat rendah dalam kedua pelarut organik tersebut. Untuk mengatasi hal tersebut, dirancang membran bertipe Desal-5 yang memiliki karakteristik transpor lebih baik pada pelarut diklorometana [34].

6.         Aplikasi Dari Nanofiltrasi Dalam Pemisahan Lelehan Ionik

Lelehan ionik digunakan sebagai pelarut generasi terkini yang ramah lingkungan [35]-[37]. Senyawa ini termasuk golongan non-volatil, sehingga pada suhu ruang senyawa ini berbentuk cairan. Lelehan ionik tidak larut dalam air maupun kebanyakan pelarut organik. Namun, banyak katalis berbahan dasar kompleks dari senyawa organik larut dengan baik dalam lelehan ionik tersebut. Dengan demikian, pelarut berbahan lelehan ionik ini dapat memberikan prospek yang cerah dalam proses sintesis senyawa organik.

Adanya sisi aktif dari katalis yang tidak tersolvasi dalam lelehan ionik berimplikasi pada adanya peningkatan stabilitas dari senyawa, peningkatan efisiensi dan selektivitas dari sistem katalis (terutama pada lelehan ionik yang cocok dengan sistem katalis tersebut). Dalam kasus ini, pelarut organik dapat digunakan sebagai fasa non-misibel.

Medium lelehan ionik tersebut memiliki beberapa keuntungan dibandingkan dengan sistem air-pelarut organik. Produk reaksi yang terbentuk dalam sistem ini akan terekstraksi ke dalam fasa organik, sedangkan katalis akan tetap berada pada lelehan ionik. Selain itu, katalis homogen tidak memerlukan modifikasi tambahan untuk menjaga kelarutannya.

Penggunaan lelehan ionik memiliki beberapa kelemahan. Kelemahan tersebut antara lain adalah adanya pelarutan parsial dari lelehan anionik dan katalis dalam fasa organik. Lelehan anionik dan katalis di dalam fasa organik sulit untuk dipisahkan. Sulitnya pemisahan katalis akan berakibat pada sulitnya proses pendaur-ulangan dari katalis yang digunakan. Masalah ini dapat diatasi dengan membrane STARMEM yang dapat memisahkan molekul ionik hingga 200-400 Da. Membran ini dapat dengan baik digunakan untuk memisahkan katalis dari pelarut metanol, toluene, dan etil asetat pada suhu 30 ⁰C dengan tekanan 30 dan 50 atm [38].

Beberapa percobaan menunjukkan bahwa membrane STARMEM 120 dan STARMEM 122 dapat memisahkan lelehan ionik berjenis CYPHOS 1L 101 dan ECOENG 500 dalam pelarut metanol dan etil asetat hingga 95% (dalam mode mengalir) dan sekitar 80 – 90% dari pelarut toluena.

7.         Nanofiltrasi Sebagai Metode Pertukaran Pelarut Dalam Sintesis Organik Bertahap

   Pertukaran pelarut sering kali menjadi masalah dalam proses sintesis organik multitahap. Hal ini sering terjadi pada bidang farmasi, dimana langkah-langkah yang dibutuhkan untuk mensintensis suatu senyawa organik cukup banyak dan rumit. Setiap tahap dalam proses sintesis tersebut membutuhkan pelarut dengan jenis yang berbeda. Adanya proses pertukaran pelarut seringkali menjadi masalah karena sulitnya proses pemisahan suatu pelarut dari produk-produk reaksi yang telah terbentuk. Proses pemisahan secara konvensional biasa dilakukan dengan cara distilasi vakum. Namun proses distilasi tidak dapat digunakan jika pelarut kedua memiliki titik didih yang lebih rendah dibanding dengan pelarut pertama. Proses distilasi juga tidak dapat dilakukan jika pelarut membentuk campuran azeotrop dan produk reaksi tidak stabil pada suhu tertentu.

Untuk mengatasi hal tersebut, digunakan membran nanofiltrasi untuk menyaring pelarut organik. Pelarut akan meresap ke dalam membran, sedangkan zat antara (produk yang terbentuk) dengan berat molekul yang lebih besar dibanding pelarut akan tertahan. Proses ini dapat memisahkan pelarut hingga 70 – 90%. Proses pemisahan juga dapat dilakukan berkali-kali untuk mendapatkan hasil yang lebih maksimal. Setelah proses pemisahan pelarut ini, pelarut kedua kemudian ditambahkan sehingga pertukaran pelarut dapat berlangsung dengan baik. Kemungkinan penggunaan membran MPF-50 dan MPF-60 dalam proses substitusi metanol dari etil asetat dalam suatu campuran di industri farmasi telah diteliti. Sebagai zat terlarut, digunakan antibiotic eritromisin dengan ukuran 734 Da. Persentase akhir dari etil asetat dalam campuran setelah dilakukan 3 kali proses pemisahan pada tekanan 30 atm adalah sebesar 4%. Kedua jenis membran tersebut juga memberikan tingkat pemisahan yang tinggi terhadap eritromisin. MPF-50 dapat memisahkan eritromisin hingga 87%.

8.         Aplikasi Nanofiltrasi Dalam Industri Pangan

   Dalam bidang industri, minyak nabati biasa diperoleh dengan dua cara, yaitu penekanan biji dan ekstraksi pelarut (biasa pelarut yang digunakan adalah heksana). Jika komposisi minyak di dalam biji lebih besar dari 25%, metode ekstraksi dianggap cukup ekonomis. Metode ini biasa digunakan dalam proses produksi minyak bunga matahari dan minyak kedelai. Bagian dari proses ekstraksi yang paling banyak membutuhkan energi adalah proses distilasi untuk memisahkan pelarut organik (heksana) dari minyak yang dihasilkan. Karena ketidakekonomisan akibat penggunaan energi yang besar, disarankan untuk menggunakan membran nanofiltrasi sebelum proses distilasi. Proses pemisahan dengan membran nanofiltrasi akan memekatkan zat terlarut. Akibat banyaknya pelarut yang telah tersaring, proses distilasi tidak membutuhkan energi yang terlalu besar untuk memisahkan zat terlarut dari sisa pelarut yang ada. Walaupun penggunaan membran dalam proses pemisahan dapat menghemat energi yang dibutuhkan, membran ini memiliki stabilitas kimia yang lemah pada kondisi tertentu [39].

Pada tahun 1996, perusahan Jerman ‘GKSS’ mematenkan proses pemisahan minyak jagung dari pelarut heksana menggunakan membran dengan lapisan selektif berbahan PDMS yang tersusun silang dan teradiasi-induksi [40]. Melalui metode ini, komposisi minyak di dalam campuran dapat meningkat dari 66% menjadi 90% seiring dengan penurunan permeabilitas hingga 20%. Stafie, et al. [41] juga meneliti penggunaan membran nanofiltrasi untuk memisahkan pelarut heksana dari minyak bunga matahari di laboratorium dengan menggunakan membran silang PDMS. Membran ini memberikan karakteristik pemisahan yang stabil pada campuran 8% minyak bunga matahari dalam pelarut heksana. Tingkat pemisahan dapat mencapai 90% pada tekanan 7 atm dan temperature 20 ⁰C selama 4 hari. (6 jam per hari). Penggunaan campuran minyak bunga matahari dalam pelarut heksana dengan konsentrasi melebihi 30% dapat menyebabkan tekanan osmosis mencapai 4.3 atm pada suhu ruang. Peningkatan tekanan osmosis menyebabkan semakin banyaknya minyak yang tertampung di dalam membran. Peningkatan tekanan osmosis menjadi salah satu faktor yang menyebabkan proses pemisahan dengan membran nanofiltrasi sebaiknya dilakukan sebelum proses distilasi selain adanya penggunaan energi yang lebih efisien. Adanya peningkatan tekanan osmosis antara lain disebabkan oleh fluks pelarut yang melewati membran semakin besar yang menyebabkan jumlah pelarut heksana yang tersimpan di dalam membran semakin banyak dan tekanan osmosis menjadi lebih tinggi.

Minyak nabati mengandung komponen utama berupa trigliserida. Tingkat pemisahan dari trigliserida dalam suatu campuran dengan pelarut heksana kemudian diteliti pada berbagai kombinasi tekanan dan temperatur. Proses pemisahan secara nanofiltrasi dapat dilakukan dengan menggunakan membran komposit berbahan karet silikon. Membran ini sering disebut ‘Distilasi Membran Osmotik’. Temperatur larutan umpan diatur agar mendekati larutan yang mengalir pada sisi lain membran. Penggunaan larutan dengan tekanan uap air rendah (larutan ekstraksi di sisi distilat) menyebabkan perbedaan tekanan uap di sepanjang membran. Dengan demikian, pemilihan larutan ekstraksi menjadi faktor yang sangat penting dalam distilasi membran osmotik.

Tingkat pemisahan dari berbagai jenis trigliserida dengan menggunakan membran osmotik dapat dilihat pada tabel 1. Berdasarkan data pada tabel tersebut, penolakan terhadap senyawa glierida meningkat seiring dengan peningkatan berat molekul.

Proses pemurninan dari minyak nabati memiliki beberapa hal yang harus ditinjau, terutama mengenai pemisahan asam lemak bebas. Beberapa solusi berbasis membran telah dikembangkan untuk mengatasi masalah tersebut. Metode pertama melibatkan pemisahan parsial dari asam lemak dengan proses nanofiltrasi dari minyak nabati [43]. Metode kedua adalah penambahan pelarut organik ke dalam minyak nabati tersebut. Penambahan pelarut akan meningkatkan fluks total yang melewati membran yang menyebabkan peningkatan proses transpor dari asam lemak bebas, namun transpor dari trigliserida tetap (tidak berubah secara signifikan) [44], [45]. Metode ketiga berdasarkan proses ekstraksi dari asam lemak dengan menggunakan alkohol dan dilanjutkan oleh proses pemisahan secara nanofiltrasi dan mendaur ulang pelarut (alkohol). Sedangkan metode yang terakhir adalah memisahkan trigliserida dan asam lemak bebas menggunakan membran nanofiltrasi tanpa perlu penambahan pelarut organik [46].

Karena keefisienan dan keefektifan dari penggunaan membran nanofiltrasi dalam proses pemisahan minyak nabaticukup tinggi, teknologi ini dapat memberi peningkatan dalam bidang ekonomi dan menjadi salah satu teknologi yang ramah lingkungan.

9.         Kesimpulan

Diantara  metode  pemisahan  dengan menggunakan membran, metode nanofiltrasi pelarut organik merupakan teknologi yang relatif baru. Teknologi ini menjanjikan penggunaan energi yang cukup rendah. Aplikasi terbesar dari nanofiltrasi pada saat ini ada pada bidang petrokimia, sintesis senyawa organik, dan industri pangan.

Pada skala industri, nanofiltrasi digunakan untuk pemisahan minyak bensin dari parafin. Penggunaan membran nanofiltrasi sebaiknya dilakukan sebelum proses distilasi. Selain digunakan untuk memisahkan minyak bensin dari parafin, nanofiltrasi juga digunakan pada optimisasi tahap sintesis-pemisahan. Metode ini sering digunakan untuk memisahkan dan mendaur ulang katalis homogen dalam suatu campuran reaksi. Seiring dengan perkembangan zaman, ditemukan metode baru untuk pemisahan berbasis nanofiltrasi yaitu penggunaan lelehan ionik. Lelehan ionik tersebut akan mempermudah membran nanofiltrasi untuk memisahkan katalis dari produk yang terbentuk.

Untuk produk antara yang tidak stabil pada suhu tertentu, proses distilasi yang biasa digunakan untuk pertukaran pelarut dalam sintesis multitahap dapat diganti dengan tekonologi nanofiltrasi. Selain keuntungan-keuntungan tersebut, metode pemisahan nanofiltrasi juga memiliki beberapa kelemahan. Aplikasi dari nanofiltrasi dalam berbagai bidang masih dibatasi oleh availability dari membran yang sensitif dan sifat membran yang berbeda-beda pada kondisi operasi yang berbeda.

DAFTAR PUSTAKA

[1]           I.G. Wenten, Khoiruddin, P.T.P. Aryanti, A.N. Hakim. Pengantar Teknologi Membran. Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, (2010).

[2]           I.G. Wenten. Teknologi Membran dan Aplikasinya di Indonesia. Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, (2010).

[3]           I.G. Wenten, P.T.P. Aryanti, Khoiruddin, A.N. Hakim. Proses Pembuatan Membran. Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, (2011).

[4]           N A Bhore, R M Gould, S M Jacob, P O Staffeld, D Mcnally, P H Smiley, C R Wildemuth, New Membrane Process debottlenecks Solvent Dewaxing Unit, Oil Gas J. 97 (46) (1999) 67.

[5]           L S White, A R Nitsch, Solvent Recovery from Lube Oil Filtrates with Polyimide Membranes, J. Membr. Sci. (2000) 179-267.

[6]           R M Gould, L S White, C R Wildemuth, Membrane Separation in Solvent Tube Dewaxing, Environ. Prog. 20, no.1 (2001) 12-16.

[7]           N A Bhore, R M Gould, T L Hilbert,M P McGuiness, D McNally, P H Smiley, C R Wildemuth, Mmbranes Debottleneck Lube and Wax Production, in Lubricants and Waxes Meeting, Houston, TX (1999) LW-99-128.

[8]           L S White, Development of Large-Scale Applications in Organic Solvent Nanofiltration and Pervaporation for Chemical and Refining Process, J. Membr. Sci. 286 (2006) 26-35.

[9]           I.G. Wenten. Perkembangan Terkini di Bidang Teknologi Membran. Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, (2014).

[10]        I F J Vankelecom, K De Smet, L E M Gevers, A Livingston, D Nair, S Aerts, S Kuypers, P A Jacobs, Physico-chemical Interpretation of the SRNF Transport Mechanism for Solvents through Dense Silicone Membranes, J. Membr. Sci. 231 (2004) 99-108.

[11]       J P Robinson, E S Tarleton, K Ebert, C R Millington, A Nijmeijer, The Influence of Polarity on Flux and Rejection Behaviour in Solvent Resistant Nanofiltration, Ind. Eng. Chem. Res. 44 (2005) 3238-3248.

[12]       N Stafie, D F Stamatialis,M Wessling, Effect of PDMS Cross-linking Degree on the Permeation Performance of PAN/PDMS Composite Nanofiltration Membranes, Sep. Purif. Technol. 45 (2005) 220-231.

[13]       A V Volkov, V V Parashchuk, Yu P Kuznetsov, S V Kononova, D V Dmitriev, L I Trusov, V V Volkov Krit. Tekhnol. Membrany 31 (2006) 14.

[14]       A V Volkov, dkk, in Proceedings of International Conference `Euromembrane 2004', Hamburg, 2004, pp.131.

[15]       A V Volkov, D F Stamatialis, V S Khotimsky, V V Volkov, M Wessling, N A Plate, Poly[1-(trimethylsilyl-1-propyne] as a Solvent Resistance Nanofiltration Membrane Material, J. Membr. Sci. 281 (2006) 351-357.

[16]       A V Volkov, D F Stamatialis, V S Khotimsky, V V Volkov, M Wessling, N A Plate, Desalination 199 (2006) 251-252.

[17]       I.G. Wenten, P.T.P. Aryanti, Khoiruddin. Teknologi Membran dalam Pengolahan Limbah. Teknik Kimia Institut Teknologi Bandung, (2014).

[18]       R. Jazz, Pengertian Dasar Industri Petrokimia, http://www.prosesindustri.com/2015/02/pengertian-dasar-industri-petrokimia.html, diakses 10-04-2016.

[19]       J.G.A. Bitter, et al, Process for the Separation of Solvents from Hydrocarbons Dissolved in the Solvents, U.S. Patent (1988) 4,748,288.

[20]       I.T. Horváth. Hydroformylation of olefins with the water soluble HRh (CO)[P (m-C6H4SO3Na) 3] 3 in supported aqueous-phase. Is it really aqueous?. Catalysis Letters, 6(1) (1990) 43-48.

[21]       Behr, A. (1998). Technische Konzepte zum Recycling von Homogenkatalysatoren. Chemie Ingenieur Technik, 70(6), 685-695.

[22]       S J Connon, S Blechert, in Ruthenium Catalysts and Fine Chemistry (Topics in Organometallic Chemistry) Vol. 11, C Bruneau, P H Dixneuf (Eds.), Heidelberg, New York: Springer, 2004, pp. 93.

[23]       B Cornils, W A Herrmann, I T Horvath, W Leitner, S Mecking, H Olivier-Bourbigou, D Vogt (Eds.), Multiphase Homogeneous Catalysis, Willey-VCH, Weinheim ( 2005).

[24]       M T Reetz, G Lohmer, R Schwickardi, Synthetis and Catalytic Activity of Dendritic Diposhphane Metal Complexes, Angew. Chem., Int. Ed. Engl. 36 (1997) 1526.

[25]       N Brinkman, D Giebel, G Lohmer,M T Reetz, U Kragl, Allylic Substitution with Dendritic Palladium Catalysts in a Continuously Operating Membrane Reactor, J. Catal. 183 (1999) 163-168.

[26]       J.F.H. Douglas, et al, Synchronous Induction Motor, U.S. Patent (1959) 2,913,607.

[27]       M.T. Westaway, et al, Catalyst Ultrafiltration Process, U.S. Patent (1971) 3,617,553.

[28]       M.T. Westaway, et al, Separation of Metal Compounds, U.S. Patent (1972) 3,645,891.

[29]       M.T. Westaway, et al, Membrane Seperatio of Homogenous Catalysts from Nitrile Solutions, U.S. Patent (1974) 3,853,754.

[30]       H.Bahrmann, et al, Process for Separating Organometallic Compounds and/or Metal Carbonyls from Their Solutions in Organic Media, U.S. Patent(1992) 5,174,899.

[31]       C. Linder, et al, Silicone-derived Solvent Stable Membranes, U.S. Patent (1993) 5,205,934.

[32]       C.Linder, et al, Silicone-derived Solvent Stable Membranes, U.S. Patent (1993) 5,265,734.

[33]       J.F. Miller, et al, Membrane Separation Process, U.S. Patent (1997) 5,681,473.

[34]       M. Pasternak, Membrane Process for Treating a Mixture Containing Dewaxed Oil and Dewaxing Solvent, U.S. Patent (1992) 5,102,551.

[35]       T Welton, Adv. Synth. Catal, Chem. Rev. 99 (1999) 2071.

[36]       N J Earle, K R Seddon, Ionic Liquids (Green Solvents for Future), Pure Appl. Chem. 72 (2000) 1391-1398.

[37]       D Zhao,M Wu, Y Kou, E Min, Ionic Liquids : Applications in Catalysis, Catal. Today 74 (2002) 157-189.

[38]       S Han, H-T Wong, A G Livingston, Application of Organic Solvent Nanofiltration to Separation of Ionic Liquids and Products from Ionic Liquid Mediated Reactions, Chem. Eng. Res. Des. 83 (2005) 309-316.

[39]       S S KoÈ seoglu, J T Lawhon, E W Lusas, Membrane Processing of Crude Vegetable Oils; Pilot Plant Scale Removal of Solvent from Oil Miscellas, J. Am. Oil Chem. Soc. 67 (1990) 315-322.

[40]       L.S. White, Polyimide Membranes for Hyperfiltratio Recovery of Aromatic Solvents, U.S. Patent (1998) 6,180,008.

[41]       L P Raman,M Cheryan, N Rajagopalan, Solvent Recovery and Partial Deacification of Vegetable Oils by Membrane Technology, Lipid/Fett 98 (1996) 10-14.

[42]       H J Zwijnenberg, A M Krosse, K Ebert, K-V Peinemann, F P Cuperus, Acetone-Stable Nanofiltration Membranes in Deacidifying Vegetable Oil, J. Am. Oil Chem. Soc. 76 (1999) 83-7.

[43]       N S Krishna Kumar, D N Bhowmick, Separation of Fatty Acids/Triglycerol by Membranes, J. Am. Oil Chem. Soc. 73 (1996) 399-401.

[44]       V Kale, S P R Katikaneni,M Cheryan, Deacidifying Rice Bran Oil by solvent Extraction and Membrane Technology, J. Am. Oil Chem. Soc. 76 (1999), 723.

[45]       R Subramanian, K S M S Raghavarao, H Nabetani, M Nakajima, T Kimura, T Maekawa, Differential Permeation of Oil Constituents in Nonporous Denser Polymeric Membranes, J. Membr. Sci. 187 (2001) 57-69.

[46]       K Ebert, F P Cuperus, Membranotechnology, Membr. Technol. 107 (1999) 5-8.