Perpustakaan Digital ITB

Teknologi membran telah diaplikasikan pada berbagai sektor industri dan melibatkan banyak jenis larutan, baik yang bersifat aqueous maupun non-aqueous. Aplikasi pada larutan non-aqueous memerlukan material membran yang memiliki ketahanan kimiawi dan mekanik yang baik karena biasanya dilakukan pada kondisi tekanan dan temperatur tinggi. Karakteristik tersebut biasanya dimiliki oleh membran berbasis keramik. Beberapa studi telah mengkaji penggunaan membran berbahan polimer untuk pengolahan larutan non-aqueous. Akan tetapi, pada umumnya polimer memiliki beberapa kelemahan, yaitu rentang temperatur operasi terbatas dan ketahanan terhadap pelarut tertentu relatif rendah. Polipropilena (PP) merupakan salah satu polimer yang diketahui memiliki beberapa keunggulan, di antaranya memiliki kestabilan kimia dan mekanik yang baik, harga yang murah, dan ketersediaannya melimpah. Namun, studi mengenai aplikasi membran ultrafiltrasi (UF) berbasis PP untuk larutan non-aqueous dari produk hilir pengolahan minyak bumi (crude oil), khususnya pelumas dan bahan bakar diesel masih sangat terbatas. Oleh karena itu, perlu dilakukan kajian mengenai kinerja membran UF berbasis PP pada pengolahan larutan tersebut. Penelitian ini dibagi menjadi beberapa tahap, meliputi studi pendahuluan ultrafiltrasi pelumas bekas, studi terhadap munculnya fenomena swelling dan fouling, evaluasi perilaku fluks pada filtrasi pelumas bekas menggunakan pendekatan model matematik dan empiris, serta pengujian kinerja membran pada filtrasi bahan bakar diesel. Hasil penelitian pendahuluan menunjukkan bahwa membran UF memiliki kinerja yang baik dalam penyisihan kontaminan dari pelumas bekas, di antaranya nilai rejeksi terhadap air 78-82,5%, residu karbon 52,6-65,9%, keasaman 44,9-73,3%, logam kalsium 50,1-58,9% dan seng 28,9-43,8%. Kualitas produk mengalami peningkatan yang ditunjukkan oleh penurunan nilai viskositas kinematik dan densitas masing-masing sebesar 14,2% dan 0,6%, serta warna produk yang semakin terang, L7,0 menjadi 2,5 sesuai standar warna ASTM. Fenomena ini terjadi karena berkurangnya kandungan kontaminan seperti sludge, material karbon, dan lain-lain dari pelumas bekas. Observasi terhadap karakteristik membran memperlihatkan terjadinya peningkatan sifat hidrofobisitas yang diukur dari meningkatnya sudut kontak air di atas permukaan membran dari 101,4o menjadi 102,3o setelah membran digunakan untuk pengolahan pelumas bekas. Di saat bersamaan, sifat oleofilisitas membran meningkat sebagaimana ditunjukkan oleh menurunnya sudut kontak dari tetesan minyak di atas permukaan membran dari 48,2o menjadi 45,3o. Akan tetapi, peningkatan sifat oleofilisitas membran tidak diikuti dengan meningkatnya nilai permeabilitas. Hal ini sangat mungkin disebabkan oleh terjadinya swelling dan fouling yang menyebabkan permeabilitas membran berkurang hingga 33,5%. Munculnya fenomena swelling dan fouling dipelajari lebih lanjut untuk mengetahui pengaruhnya terhadap kinerja membran UF. Hasil pengujian mengindikasikan bahwa karakteristik membran UF berubah karena interaksinya dengan larutan umpan. Swelling menyebabkan nilai tahanan perpindahan massa melalui membran meningkat 11,67% sehingga fluks mengalami penurunan rata-rata sebesar 10,44%. Terjadinya fouling oleh material kontaminan dalam pelumas bekas menyebabkan nilai permeabilitas membran berkurang 24,6%, dan tahanan perpindahan massa bertambah 32,56%. Kedua fenomena tersebut menyebabkan fluks berkurang 41%. Berdasarkan hasil tersebut, dapat diketahui bahwa baik swelling maupun fouling sangat berpengaruh terhadap kinerja membran UF. Terjadinya fenomena polarisasi konsentrasi, swelling, dan fouling menyebabkan perilaku fluks tidak linier terhadap tekanan operasi. Nilai fluks meningkat seiring bertambahnya tekanan operasi kemudian mencapai nilai maksimum yang dikenal sebagai fluks batas (limiting fluks). Melalui pendekatan model osmotic pressure dan studi eksperimental dapat diketahui beberapa parameter spesifik perpindahan massa pada ultrafiltrasi pelumas bekas, yaitu nilai koefisien perpindahan massa (k) 7,82x10-9 m.s-1, nilai eksponensial tekanan osmotik (n) sebesar 2, dan nilai konstanta tekanan osmotik (a) sebesar 1000. Hasil simulasi mendapatkan nilai tahanan perpindahan massa melalui membran rentang pengujian meningkat hingga 5,5 kali lipat seiring bertambahnya konsentrasi kontaminan di dalam pelumas bekas. Hasil tersebut mengindikasikan bahwa perilaku fluks pada filtrasi pelumas bekas menggunakan membran UF berbasis PP dapat dijelaskan dengan baik menggunakan model osmotic pressure. Pada tahap selanjutnya, membran UF berbasis PP digunakan untuk filtrasi larutan non-aqueous dari produk hilir pengolahan minyak bumi lainnya, yaitu bahan bakar diesel. Parameter krusial yang dievaluasi adalah tingkat kebersihan bahan bakar diesel (diesel fuel cleanliness). Hasil penelitian menunjukkan bahwa membran UF dapat menyisihkan kontaminan dan menghasilkan produk bahan bakar diesel dengan cleanliness sangat baik. Nilai fluks dan rejeksi pada tekanan tertinggi masing-masing mencapai 6,44 – 9,28 L.m-2.jam-1 dan 99%. Nilai cleanliness produk tidak hanya memenuhi standar minimum spesifikasi yang dipersyaratkan, yaitu 18/16/13, tetapi dapat tercapai nilai cleanliness 12/9/5. Nilai tersebut mengindikasikan kualitas produk yang diperoleh 64 kali lebih bersih. Pengujian terhadap bahan bakar diesel yang mengandung 30%-volume fatty acid methyl esther (B30), memperlihatkan nilai fluks yang sedikit sedikit lebih rendah, yaitu 97% dari fluks bahan bakar diesel, sedangkan nilai rejeksi tetap tinggi, yaitu lebih dari 99%. Secara keseluruhan, membran UF berbasis PP memperlihatkan kinerja yang sangat baik untuk menyisihkan kontaminan dan secara signifikan meningkatkan cleanliness bahan bakar diesel.