dehidrasi etanol dengan teknik pervaporasi
TRANSCRIPT
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
1/10
AA 90S IA SI PO L lT EK N IK IND O NE SIA Jurnal P EtPT Vol. IV, NO.1 (2006) 182.191
JURNAL
e "
DEHIDRASI ETANOL DENGAN TEKNIK PERVAPORASI
MENGGUNAK AN MEMBRAN POLl (VINIL ALK OHOL) TERMODIFIKASI
1HARYADI, ~OTO SUBROTO, dan 2YEN1 QODRIANI
2 1J urusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung(POLBAN)
Program Ekstensi Kimia Industri, J urusan Kimia FMIPA . UNPAD
A BSTRAK
Dalam penelitian ini, dehidrasi etanol pada kondisi azeotropik, 95 % , dengan teknik pervaporasi
dilakukan menggunakan membran poli(vinil alkohol), PVA, yang dimodifikasi dengan asam
malat (MA). Modifikasi dilakukan untuk menurunkan derajat pengembangan PVA dengan jalan
pembentukan ikatan silang di antara rantai polimer. Morfologi membran diamati menggunakan
SEM sedangkan kinerja proses diamati dengan melihat pengaruh komposisi PVA/MA, temperatur
operasi, dan konsentrasi umpan, terhadap laju permeasi dan faktor pemisahan. Membran yang
telah dibuatjuga diuji derajat pengembangannya dengan variasi komposisi etanol antara 80-95
% pada 35C. Diperoleh hasil bahwa derajat pengembangan menurun dengan meningkatnya
konsentrasi etanol. Rasio optimum PVA/MA diketahui berada pada komposisi 85/15 (v/v) untuk
campuran etanol 95 % pada suhu 35C. Faktor pemisahan 55,92 dan laju permeasi 0,151 kg/
m2jam diperoleh untuk komposisi membran PVA/MA 85/15, pada suhu 35C, dan konsentrasietanol umpan 95 % dengan konsentrasi etanol retentat yang dihasilkan sebesar 99,31 % dan
konsentrasi etanol permeat sebesar 24,59 % .
Kata Kunci: PVA, Asam Malat, Pervaporasi
A B STRACT
In this research, the pervaporation for dehydration ofethanol-water mixture was carried out
using Poli(vinyl alcoho/), PVA, membranes modified using malic acid (MA). Modification has
been done to reduce the degree ofswelling ofPVA by cross/inking formation within the polymer
chains. Membrane morphology was observed by using SEM whereas process performance
such as the effects of PVA/MA ratio, operating temperature, and feed concentration, on themembrane permeation rate and separation factor was investigated. The result indicates that
degree of swelling decreased as ethanol concentration increased. Optimum PVA/MA ratio was
determined as 85:15 (v/v) for 95 % ethanol mixtures at 35C. The prepared membranes were
also tested for the degree of swelling with various compositions of ethanol-water mixtures
between 80 - 95 % ethanol content at 35C. Typically, separation factor of 55,92 and perme-
i.Juon rate of 0,151 kg/m2h was obtained for PVA/MA ratio as 85/15, temperature at 35Cand
:; 5%ethar. ...: concentration in the feed with retentate concentration at 99,31 % and permeate
, oncentration at 24,59 %.
Keywords: PVA, Malic Acid, Pervaporation
182
http://www.univpancasila.ac.id 7/29
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
2/10
_____________________________ Vol. IV, No.1, Juni 2006
Dari tabel tersebut dapat dilihat bahwa
pervaporasi merupakan pilihan yang paling
hemat energi dalam dehidrasi etanol-air
(Huang, et al., 2006).
Dalam pervaporasi, campuran cairan yang
akan dipisahkan dikontakkan dengan salah
satu sisi membran dan permeatnya dike-
luarkan pada tekanan uap rendah dari sisi
membran yang lain. Berdasarkan sifat difusi
larutan, pervaporasi berlangsung tiga tahap:
(1)penyerapan permean dari campuran cairan
ke dalam membran; (2)difusi permean melalui
membran, dan (3) desorpsi permean menjadifasa uap (Gambar 1.) (Durmaz-Hilmioglu, et
al.,2001).
PENDAHULUAN
Membran merupakan suatu lapisan tipis yang
memisahkan dua fasa dan bertindak sebagai
pembatas selektif terhadap perpindahan
materi. Membran tidak hanya bertindak
sebagai material yang pasif, tetapi lebih
tepat dianggap sebagai material fungsional.
Operasi membran merupakan suatu operasi
yang membagi umpan menjadi dua aliran
yaitu permeat yang berisi material-material
yang dapat melalui membran dan retentat
yang merupakan material yang tidak mampu
melewati membran. Operasi membran
dapat digunakan untuk memekatkan atau
memurnikan larutan atau suspensi (pelarut
zat terlarut atau pemisahan partikel) dan
untuk memisahkan suatu campuran (Bungay,
et al., 1983).Pemisahan berdasarkan membran
berpotensi penting karena lebih sedikit
energi yang digunakan dan lebih ekonomis
dibandingkan dengan teknologi pemisahan
lainnya. Salah satu kemajuan terbaru dalam
pemisahan berdasarkan membran satu dian-
taranya adalah pervaporasi.
oDissolution
-oo
o0
Feed0
liquido
Membrane
Permeatevapor
o , ~ .~~.
0,>
0-0Evaporation
Pervaporasi adalah proses pemisahan yang
mengontakkan campuran larutan secara
langsung dengan salah satu sisi dari membran
(upstream side), sedangkan produknya yaitu
permeat atau pervaporat, dikeluarkan dalam
fasa uap dari sisi membran yang lain (down
stream side) (Bungay, et al., 1983).Pervaporasi
merupakan teknik pemisahan menggunakan
membran yang saat ini berkembang dan
dianggap dapat menjadi alternatif penggantiproses distilasi pada campuran azeotropik
serta dehidrasi pelarut. Hal ini terutama
terlihat dari penggunaan energi yang sangat
efisien (Huang, et al., 2006). Tabel 1. menun-
jukkan penggunaan energi oleh berbagai
metode pemisahan dalam dehirasi etanol.
Tabell. Kebutuhan energi untuk dehidrasi etanol-air
(Huang, et al., 2006)
8,0 99,5
95,0 99,5
95,0 - 99,5
10376
3305
423
Gambar 1.Prinsip kerja membran pervaporasi
(Feng Huang, 1997)
Peningkatan tekanan pada sisi bawah
membran dalam pervaporasi dapat menu-
runkan faktor pemisahan. Tekanan pada sisi
bawah membran pervaporasi ini menentukan
parameter laju permeasi, tetapi tekanan pada
sisi atas membran hanya memberi pengaruh
yang sangat sedikit (Bungay, et al., 1983).
Ketika suhu operasi dinaikkan, laju permeasi
pervaporasi meningkat sesuai dengan per
samaan Arrhenius. Energi aktivasi yang
diperoleh mencapai 50 kJ/mol yang dapat
meningkatkan laju permeasi 20"lo/K. Pengaruh
ini sangat penting karena faktor pemisahan
menurun dengan meningkatnya suhu operasi
(Bungay, et al., 1983).
Karena kelarutan dan difusivitas daricampuran yang akan dipisahkan meru-
Jurnal PEtPT 183
http://www.univpancasila.ac.id 7/29
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
3/10
Haryadi, Toto Subroto, dan Veni Qodriani- Dehidrasi Etanol dengan Teknik Pervaporasi
pakan fungsi dari konsentrasi komponen
yang terkandung di dalamnya maka laju
permeasi dan faktor pemisahan tergantung
pada komposisi umpan. Secara umum, laju
permeasi akan meningkat jika campuran kaya
akan permean (Bungay, et al., 1983).
Terdapat dua tipe membran pervaporasi
untuk campuran etanol-air, yang pertama
yaitu permselektif air dan kedua yaitu per
mselektif etanol. Membran permselektif etanol
baik digunakan untuk konsentrasi etanol
rendah dan membran permselektif air baik
digunakan untuk umpan dengan konsentrasietanol tinggi seperti pada dehidrasi etanol
dan turunannya. Khususnya dalam proses
dehidrasi etanol umpan yang mengandung
konsentrasi etanol tinggi atau kondisi azeo-
tropik (95 %) akan tertahan oleh membran
yang memiliki karakter hidrofilik tinggi
serta permselektif terhadap air sehingga pada
bagian permeat akan mengandung konsentrasi
air lebih banyak dibandingkan dengan bagian
retentat (Feng &Huang, 1997). Untuk menye-
suaikan membran dengan campuran yang
akan dipisahkan, beberapa teknik seperti ikat
silang, blending, dan kopolimerisasi dapat
dilakukan (Huang, 1991).
Dehidrasi dengan pervaporasi daTi asam
dan basa organik dianggap penting karena
sebagian besar dari campuran tersebut
membentuk azeotrop atau menghasilkan
pinch pada kurva kesetimbangan uap-cair.
Pervaporasi juga merupakan metoda hemat
energi untuk pemisahan senyawa dengan
titik didih yang berdekatan dan campuran
yang terdiri dari senyawa yang peka terhadap
panas. Asam asetat adalah salah satu dari
dua puluh-teratas senyawa organik antara
yang digunakan dalam industri kimia dan
campurannya dengan air ditemukan dalam
preparasi beberapa zat antara, seperti asam
asetat itu sendiri, vinil asetat, anhidrida asetat,
anhidrida ftalat, dan sebagainya. Pemisahan
asam asetat daTi air dengan distilasi biner
biasa sulit dilakukan berkaitan dengan
rendahnya volatilitas relatifnya, khususnya
184 Jurnal PEtPT
pada asam asetat konsentrasi tinggi, dan oleh
karena itu, lebih banyak digunakan distilasi
azeotropik dengan lebih banyak energi yang
dibutuhkan atau digunakan ekstraksi pelarut
(Isiklan &Sanli, 2005).
Berdasarkan pertimbangan terse but, teknik
pervaporasi dapat menjadi salah satu pilihan
proses alternatif untuk menghemat energi.
Proses ini memberi perolehan permeat
yang efektif daTi media cair dan mencegah
terjadinya pembatasan tekanan osmosis pada
proses osmosis balik dengan menjaga permeat
di bawah tekanan uap jenuhnya. Meskipunvaporasi daTi bagian tangki umpan dibu-
tuhkan dalam proses ini, tekanan permeasi
dapat dikurangi dengan menggunakan pompa
vakum atau gas-sweeping. Pada umumnya,
pervaporasi dapat digunakan secara praktis
ketika faktor pemisahan membran jauh lebih
tinggi daripada untuk vaporasi biasa dan
ketika laju permeasi tinggi (lsi klan &Sanli,
2005).
Pada beberapa tahun terakhir, penelitian
mengenai pervaporasi ditekankan pad a
pengembangan membran polimer baru
yang mempunyai faktor pemisahan tinggi
dan laju permeasi yang optimum dengan
stabilitas yang baik terhadap campuran yang
akan dipisahkan. Beberapa membran perm-
selektif untuk air telah dicoba dari polimer
hidrofilik, seperti poli(asam akrilat)-nilon 6,
poli (akr ila t-co-s tirena), poli(4-vinilpiridina-
co-akrilonitril), nafion, dan poli(vinil alkohol)
dicampur dengan poli(vinil pirolidon), untuk
digunakan dalam pervaporasi, tetapi sangat
sedikit yang efektif untuk digunakan pada
dehidrasi asam asetat (Huang, et.al., 2006;
Isiklan &Sanli, 2005).
Poli(vinil alkohol) adalah salah satu pilihan
yang mungkin untuk proses pemisahan
campuran asam asetat-air berkaitan dengan
sifat-sifatnya, seperti hemat biaya, mempunyai
stabilitas kimia, kemampuan membentuk film,
dan sangat hidrofilik. Namun demikian, PYA
http://www.univpancasila.ac.id 7/29
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
4/10
mempunyai suatu kelemahan yaitu stabilitas
yang rendah dalam air. Dengan demikian,
PYA harus dibuat tidak dapat larut dalam
air dengan cara reaksi modifikasi seperti
mencampur, grafting, atau ikat silang, untuk
membentuk membran yang stabil dengan sifat
mekanik yang baik dan mempunyai permea-
bilitas yang selektif terhadap air (Isiklan &
Sanli, 2005).
Pada studi lain dari Nguyen et aI., bagian
yang memuat gugus karboksilat, terikat
secara kovalen pada PYA dengan tujuan untuk
menunjukkan peningkatan kinerja membran
tanpa beresiko terekstraksi oleh campuran
asam asetat-air. Grafting dari asam asetat telah
dilakukan pada sisi radikal dari oksidasi Ce"
pada membran PYA. Meskipun grafting dari
asam asetat menghasilkan membran dengan
permeabilitas tinggi, namun faktor pemisah-
annya masih rendah (Isiklan &Sanli, 2005).
Pengenalan struktur ikat silang pada membran
PYA untuk meningkatkan sifat dari pemisahan
pervaporasi membran untuk sistI: m larutan
asam asetat-air juga telah dilakukan. Ketidak
larutan PYA dalam air dikarenakan adanya
ikat silang dengan dialdehid, seperti glutaral-
dehid (GA), telah dibuktikan dengan struktur
ikat silang yang diperoleh dari reaksi antara
gugus hidroksil pada PYA dan gugus aldehid
pada GA dalam kondisi keasaman yang kuat
(Isiklan & Sanli, 2005).
Selanjutnya, Isiklan dan Sanli telah mencobauntuk mengikat silang membran PYA dengan
menggunakan asam malat yang meru-
pakan asam dikarboksilat (asam suksinat)
dengan gugus hidroksil dan bertujuan untuk
mengikat silang membran PYA melalui reaksi
antara gugus karboksil pada asam malat dan
gugus hidroksil pada PYA tanpa kehilangan
sifat hidrofiliknya. Membran yang dihasilkan,
dengan konsentrasi MA yang bervariasi,
dikarakterisasi melalui spektroskopi Fourier
transform infrared, analisis termal, pengu-kuran derajat pengembangan, dan diterapkan
pada pervaporasi dari campuran asam
Vol. IV, NO.1, Juni 2006
asetat-air. Dari penelitian tersebut diketahui
pengaruh ketebalan membran, temperatur
operasi, dan konsentrasi umpan terhadap
kinerja pervaporasi (Isiklan &San Ii, 2005).
Dengan melihat struktur PYA yang memiliki
banyak gugus hidroksil serta sifat hidro-
filiknya, maka modifikasi membran PYA
dengan asam malat dapat pula diaplikasikan
untuk pemisahan campuran alkohol-air,
seperti yang dilakukan didalam penelitian
ini.
BAHAN DAN METODA
Bahan Penelitian
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini
adalah poli(vinil alkohol) (PYA), asam malat
(MA), etanol teknis, etanol pro analisis, dan
aquades.
Alat-alat yang Digunakan
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian
ini adalah serangkaian alat pervaporasi hasil
rancang bangun (Gambar 2), refraktometer
ATAGO-lT, Scanning Electron Microscopy
(SEM) JSM - 35 C, perangkat casting membran
yang terdiri atas pelat kaca ukuran 20 x 20 cm
dan batang silinder perata, serta peralatan
gelas yang umum digunakan dalam labora-
torium.
Penjebak
dll'gin
o 0 PompaPenangasairdengan
pel1gendaliensuhu
Gambar 2. Ske11 l a a l a t p cr vaporasi
Jurnal P fr PT 185
http://www.univpancasila.ac.id 7/29
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
5/10
Haryadi, Toto Subroto, dan Veni Qodriani- Dehidrasi tonal dengan Teknik Pervaporasi --------
METODE
Penelitian ini dilakukan dengan mengadopsimetode yang telah dilakukan oleh Isiklan dan
Sanli (Isiklan &Sanli, 2005) dengan sejumlah
modifikasi yang meliputi preparasi membran
dengan variasi komposisi poli(vinil alkohol)
(PYA)/asam malat (MA). Analisis membran
dilakukan dengan mengamati morfologi
membran menggunakan Scanning Electron
Microscopy (SEM) dan kemudian meng-
hitung derajat pengembangan (degree of
swelling). Dehidrasi etanol melalui metode
pervaporasi dengan variasi suhu umpan sertakonsentrasi etanol umpan terhadap kinerja
membran diamati sehingga dapat dihitung
faktor pemisahan (e x ) dan laju permeasi (J)
serta analisis etanol yang dihasilkan melalui
pengukuran indeks bias mengggunakan
refraktometer.
PreparasiMennbran
Larutan PYA 10% (b/v) disiapkan dengan
melarutkan sejumlah PYA padatan dalamair dan direfluks pada suhu 100C sambil
diaduk selama 6 jam. Lalu, larutan PYA
tersebut dicampur dengan 7,5% (b/v) larutan
MA dengan berbagai rasio PYA/MA (v/v)
yang ditentukan dan diaduk selama satu hari
pada suhu kamar untuk membentuk larutan
homogen. Membran di-cast di atas pelat kaca
kemudian diuapkan pada suhu kamar untuk
membentuk membran. Membran yang sudah
kering dipanaskan pada oven selama 1 jam
pada suhu 150C, lalu ditaruh dalam larutanetanol untuk penggunaan lebih lanjut.
Yariasi yang dilakukan pada preparasi
membran ini adalah variasi komposisi PYA/
MA untuk membran, yang terdiri atas: a)
PYA/MA 90/10, b) PYA/MA 85/15, c) PYA/
MA 80/20, d) PYA/MA 75/25.
Pengukuran Derajat Pengennbangan
Sampel membran yang sudah kering dice-
lupkan dalam campuran etanol-air dengan
186 Jurnal P&'PT
konsentrasi 80, 85, 90, dan 95% pada suhu 35C
selama 48 jam, kemudian membran ditimbang
secepat mungkin setelah dibersihkan dengantissue pembersih. Lalu sampel dikeringkan
dalam desikator pada suhu kamar hingga
beratnya konstan. Derajat pengembangan
atau swelling degrees, SD, dihitung sebagai
berikut:
3D=Ms - Md xlOO (1)M
d
dengan Ms adalah massa sampel yangmengembang dan Md adalah massa sampel
kering.
Pervaporasi
Peralatan yang digunakan pada penelitian ini
dapat dilihat pada Gambar 2. Sel pervaporasi
berupa dua sel kompartemen (terbuat dari
bahan PMMA) yang terikat bersama dengan
pengikat. Membran ditempatkan di atas
pendukung gelas berpori dalam sel. Daerah
membran yang efektif adalah 2,83.10-3 m2.
Tekanan pada bagian aliran bawah dijaga pada
50 cmHg (dibawah vakum) dengan bantuan
pompa vakum. Campuran umpan disirkulasi
untuk mencegah polarisasi konsentrasi dengan
pompa peristaltik melalui sel dari tangki
umpan, yang dijaga pada suhu konstan. Ketika
mencapai kondisi aliran yang steady-state, uap
permeat dikumpulkan dalam perangkap air
es dan etilen glikol, kemudian ditimbang.
Konsentrasi etanol permeat dihitung dengan
mengukur indeks biasnya menggunakan
refraktometer dengan bantuan kurva standar
untuk campuran etanol-air yang telah diper-
siapkan. Karakteristik membran ditunjukkan
dengan faktor pemisahan (selektivitas) dan
laju permeasi (fluks). Faktor pemisahan, e x ,
diberikan oleh:
Yllo() / YColi Oil (2)(X= - - ,
XII,o / XC,ff,OIl
dengan XHzo' XCzH,OH' YHzO dan YCzH,OH berturut-turut adalah fraksi berat dari air dan etanol
http://www.univpancasila.ac.id 7/29
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
6/10
Vol. IV, NO.1, Juni 2006
dalam umpan dan dalam permeat. Air adalah
komponen permeasi yang sangat istimewa.
Laju permeasi (J ) ditentukan dengan menggu-
nakan persamaan:
dengan laju permeasi berkurang dengan ber
tambahnya kandungan MA dalam membran
PYA, sedangkan faktor pemisahan meningkat
dengan bertambahnya kandungan MA dalam
membran PYA.
(3)
dengan Q, A, dan t berturut-turut menun-
jukkan berat permeasi (kg), daerah membran
efektif (m2), dan waktu operasi (jam).
HASIL DAN PEMBAHASAN
Q 45II) 40
c: 35t e l
g ' 30~ 25
~ 20Cl
a ; 15a.n; 10.~ 5
C I >
c 0
80 85 90 95
Pengaruh Penambahan Zat Pengikat Silang
pada Membran
Gambar 3. Pengaruh komposisi PVA/MA terhadap lajupermeasi dan faktor pemisahan pada
suhu umpan 25C (suhu kamar) dengan konsentrasi
etanol umpan 95%
Pengaruh penambahan asam malat (MA)
sebagai zat pengikat silang pada membran
PYA dalam pervaporasi untuk konsentrasi
etanol umpan 95% dengan variasi suhu umpan
dapat dilihat pada Gambar 3,
75:25
-0- S O P V A l M A 90 /10
---+- S O P V A l M A 8 5/1 5
~ S O P VA lM A 80/20
---+- S O P V A l M A 75/25
Konsentrasi Etanol (%)
90:10 85:15 80:20
Komposisi PVAlMA (v/v)
-o-25C
--+-35 C
-o-45C
--tl-55 C
Gambar 5. Pengaruh komposisi PVA/MA terhadap
faktor pemisahan pada berbagai suhu umpan
Gambar 4. Derajat pengembangan untuk berbagai
komposisi PVA/MA
dengan variasi konsentrasi etanol
Gugus hidrofilik PYA merupakan penarik
yang kuat untuk afinitas dan serapan air,
sehingga PYA lebih menyerap air daripada
etanol. Dengan demikian, air dapat diserap
dan berdifusi secara selektif ke dalam
membran dibandingkan etanol. Ketika MA
ditambahkan, sehingga zat pengikat silang
dalam PYA meningkat, maka lebih banyak
gugus karboksil dari MA bereaksi dengan
gugus hidroksil dari PYA, yang menyebabk~n
kerapatan ikatan antara PYA dan MA semakm
meningkat, seperti terlihat pada Gambar 4.
18 0
160
iii 140
m 120 2 :::'E 100~ 80~ 60 ~_ . = = = = = - = - = ~ ~ _ _ -( E 40 ~'------------~
20
o
18 0
18 0
14 0 c. .1 2 0 - ;
100 . ~m
80 0.
60 ~
40 ~
20
o
75:2585:15 80:20
Komposisi PVAlMA (vlv)
-Q-Laju Permeasi
-+-- Faktor P emisahan
90:10
0.09
00 8
0.07
.~E 0.06E .!!!, 00 5~N
~ ~ 0.04
" '"' ~ 0 .0 3...J
0.02
0.01
o
Pada pervaporasi yangmenggunakanmembran
poli(vinil alkohol) (PVA) untuk dehidrasi
etanol, zat pengikat silang memegang peranan
yang sangat penting untuk memperoleh hasil
yang diinginkan. Pengaruh yang pertama, zat
pengikat silang ini memberikan ketahananyang lebih terhadap membran, sehingga laju
permeasinya lebih kedl. Yang kedua, zat
pengikat silang dapat mengatur sifat hidro-
filik atau hidrofobik dari material membran
(Huang, et al., 2006).
"Jurnal paPT. 187
http://www.univpancasila.ac.id 7/29
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
7/10
Haryadi, Toto Subroto, dan Veni Qodriani- Dehidrasi Etanol dengan Teknik Pervaporasi --------
Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwa
semakin banyak MA yang ditambahkan, maka
semakin keeil derajat pengembangannya.
Hal ini dikarenakan meningkatnya kerapatan
ikatan antara PYA dan MA yang menyebabkan
penurunan kelarutan dalam air, sehingga
difusifitas dari serapan air melalui membran
menurun, yang akan menekan laju permeasi
dan meningkatkan faktor pemisahan.
Pengaruh komposisi PVA/MA terhadap faktor
pemisahan dan laju permeasi dengan variasi
suhu umpan masing-masing dapat dilihat
pada Gambar 5 dan 6.
E 0.45.!!. 0.4
'E 0 .35C, 0.3
~ 0 .2 5
.~ 0.2 .. E 0 .1 5
~ 0 .1
" 0 .0 5
: 5 a ~
dalam pervaporasi ialah membran yang
memiliki laju permeasi dan faktor pemisahan
yang tinggi. Namun hal tersebut sulitdiperoleh karena laju permeasi berbanding
terbalik dengan faktor pemisahan. Membran
dengan faktor pemisahan yang tinggi tetapi
laju permeasinya rendah hanya baik digu-
nakan dalam skala laboratorium, namun
kurang menguntungkan bila diterapkan
dalam skala industri. Oleh karena itu, dibuat
membran yang memiliki faktor pemisahan
yang paling tinggi yang dimungkinkan untuk
mendapatkan laju permeasi yang tidak terlalu
rendah (Huang, 1991).
90:10 85:15 80:20
Komposisi PVAlMA (v/v)
75:25 GambaI' 7. Hasil SEM membran PVA yang he/lim diikal
silang
-0--25 C
---+- 35 C
-o-45C
--55C
GambaI' 6. Pengarllh kOl71posisiPVA/MA lerhadap lajll
perl71easi pada berbagai slIhu wnpan
Selain itu, pengaruh penambahan zat pengikat
silang pada membran juga dapat dilihat dari
hasil S ca nn in g E le ctro n Mic ro sc op y (SEM)
pada Gambar 7 dan 8. PYA larut dalam air,
sehingga tidak dapat digunakan langsung
sebagai membran untuk dehidrasi etanol.
Oleh karena itu pada PYA ini dilakukan
pengikatsilangan dengan asam amalat (MA),
sehingga terbentuk membran tak berpori
(Asman, G. &O. Sanli, 2003; Isiklan &Sanli,
2005). Dikatakan membran tak berpori tidak
berarti membran tersebut benar-benar tak
berpori, namun ukuran porinya sangat
keeil, sehingga pemisahan tidak dilakukan
berdasarkan perbedaan ukuran partikel
yang akan dipisahkan, tetapi berdasarkan
perbedaan kelarutan dan difusi material
dalam membran.
Membran yang baik yang dapat digunakan
188 Jurnat PEtPT
Gambar 8. Hasil SEM memhran PVA.1vng lelah diikat silang
dengan MA dengan rasio PVAIMA 85/15
Berdasarkan Gambar 3. diketahui bahwa rasio
membran yang paling baik dalam hal ini
adalah rasio membran PVA/MA 85/15 yang
memiliki keseimbangan antara laju permeasi
dan faktor pemisahan. Meskipun membran
PVA/MA 75/25 mempunyai faktor pemisahan
yang sangat tinggi, tetapi laju permeasinya
sangat rendah.
Pengaruh Suhu Umpan pada Pervaporasi
Pengaruh suhu umpan terhadap faktor
pemisahan dan laju permeasi dapat dilihat
pada Gambar 9. Dengan meningkatnya
suhu umpan, laju permeasi menjadi semakinmeningkat, sedangkan faktor pemisahannya
http://www.univpancasila.ac.id 7/29
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
8/10
Vol. IV, NO.1, Jun; 2006
Pengaruh Konsentrasi Etanol Umpan pada
Pervaporasi
Gombar 9. Pengaruh suhu umpan terhadap !ajupermeasi danfaktor pemisahan dengan rasio PVA/MA 85/15 dan konsentrasi
etano! umpan 95%
50 1 ;.c:
40 : x
30 .~
0..
20 ~
10 ~
60
8085
- -0- Laiu Permeasi_ __ F aklo r P emis aha n
90
Kansenlrasi Elanal Umpan(%)
95
0. 2
'iii ~ 0.15
m iE ' -~N
E
0.1
0. . _::l '"._ '"j~005
dijelaskan melalui pengujian derajat pengem-
bangan yang terlihat pada Gambar 4.
Pada gambar tersebut dapat dilihat bahwaderajat pengembangan membran PVA/MA
meningkat dengan berkurangnya konsentrasi
etanol umpan. Hal ini dapat terjadi karena
pengaruh pemlastisan dari air dan etanol ke
dalam membran. Pada konsentrasi etanol yang
rendah, tindakan pemlastisan dari air akan
meningkatkan permeasi etanol dengan cara
menurunkan energi yang dibutuhkan untuk
jalannya difusi etanol ke dalam membran,
sehingga menghasilkan berkurangnya faktor
pemisahan (Isiklan&
San ii, 2005). Pada etanoldengan konsentrasi tinggi, pengurangan
fraksi berat air dalam umpan, menyebabkan
berkurangnya pengembangan pada membran.
Dengan demikian, laju permeasi berkurang
dan faktor pemisahan meningkat dengan
berkurangnya konsentrasi air dalam umpan,
seperti terlihat pada Gambar 10.
Gambar 10. Pengaruh konsentrasi etano! umpan terhadap !aju
permeasi dan faktor pemisahan dengan rasio PVA/MA 85/15
dan suhu umpan 35C
Dari hasil penelitian, diperoleh hasil laju
permeasi membran PVA/MA yang digu-
nakan untuk dehidrasi etanol berkisar antara
0,038-0,388 kg/m2jam dan faktor pemisah-
annya berkisar antara 8,69-158,92. Sedangkan
Isiklan dan Sanli yang juga telah melakukan
penelitian menggunakan membran PVA/MA
untuk dehidrasi asam asetat-air, memperoleh
hasil laju permeasi berkisar antara 0,05-0,29
kg/m2jam dan faktor pemisahan berkisar
antara 121-670 (Isiklan & Sanli, 2005). Dari
data terse but dapat terlihat bahwa pervaporasi
etanol dengan membran PVA/MA dapat lebih
menghasilkan laju permeasi yang lebih kecil.
Asam asetat lebih nonpolar daripada etanol,sehingga sifat etanollebih mendekati sifat air
14 0
120 c:
'"1 0 0 . ;
8 0 .~
.60 0..
40 ~
'"20 u.
5535 45
Suhu(C)
25
0.35
0.3
.~E 0.25E .! . 0. 2
~ ~ 0 .1 5
::l '"~ Co 0.1
0.05
o
Dehidrasi campuran etanol-air dengan perva-
porasi dilakukan dengan variasi konsentrasi
etanol umpan 80%. 85%, 90%, dan 95% meng-
gunakan membran PVA/MA rasio 85/15 pada
suhu 35C. Hasilnya dapatdilihatpada Gambar
10. Dari gambar tersebut terlihat bahwa faktor
pemisahan berkurang dengan berkurangnya
konsentrasi etanol umpan. Faktor pemisahan
tertinggi terjadi pada konsentrasi etanolumpan 95%. Sedangkan pada laju permeasi
terjadi sebaliknya. Fenomena ini dapat
Meskipun faktor pemisahan yang diperoleh
pada suhu 25C (suhu kamar) tinggi, tetapi laju
permeasinya rendah. Oleh karena itu, suhu
35C merupakan suhu operasi terbaik yang
memiliki keseimbangan antara laju permeasi
dan faktor pemisahan (Gambar 9).
semakin berkurang. Hal ini berdasarkan pada
teori volume bebas, yang mengatakan bahwa
gerakan termal dari rantai polimer dibagianyang tak terbentuk membentuk volume bebas
secara acak. Dengan meningkatnya suhu,
frekuensi dan amplitudo dari rantai meningkat
dengan cepat dan menghasilkan perbesaran
volume bebas (Isiklan & Sanli, 2005). Pada
pervaporasi, molekul yang menyerap dapat
pula berdifusi melalui volume bebas tersebut.
Jadi, ketika suhu tinggi, tingkat difusi molekul
yang dapat menyerap, baik terisolasi maupun
terasosiasi, akan tinggi pula, sehingga laju
permeasi total menjadi lebih tinggi dan faktorpemisahannya menjadi lebih rendah.
Jurna! P fr PT 189
http://www.univpancasila.ac.id 7/29
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
9/10
Haryadi, Toto Subroto, dan Veni Qodriani- Dehidrasi Etanol dengan Teknik Pervaporasi _
dibandingkan dengan asam asetat. Dengan
demikian dehidrasi etanol dengan teknik
pervaporasi menggunakan membran PVA/
MA akan memberikan faktor pemisahan yang
lebih kecil dibandingkan dengan dehidrasi
asam asetat. Hal ini dikarenakall pemisahan
ini dilakukan berdasarkan perbedaan
polaritas. Membran PVA/MA bersifat hidro-
fi]ik sehingga kepolarannya relatif mendekati
air. Semakin jauh perbedaan kepolaran
campuran yang akan dipisahkan, maka
akan semakin mudah dipisahkan, sehingga
akan menghasilkan faktor pemisahan yang
tinggi. Sedangkan zat atau senyawa yang
kepolarannya mendekati air akan lebih sulit
dipisahkan karena kemungkinan terdapat zat
atau senyawa tersebut yang ikut berdifusi ke
dalam membran karena kepolarannya yang
relatif berdekatan, sehingga faktor pemisahan
yang dihasilkan pun lebih kecil (Asman, G. &
O. Sanli, 2003; Isiklan &Sanli, 2005) .
KESIMPULAN DAN SARAN
Berdasarkan hasil penelitian, dapat disim-
pulkan bahwa membran poli(vinil alkohol)
(PVA)/asam malat (MA) dapat digunakan
untuk dehidrasi etanol. Faktor pemisahan dari
membran PYA pada proses pervaporasi ini
dapat ditingkatkan dengan cara memodifikasi
dengan MA. Dengan bertambahnya jumlahMA
pada membran, kerapatan zat pengikat silang
semakin meningkat dengan demikian faktor
pemisahan juga meningkat. Faktor pemisahan
berbanding terbalik dengan laju permeasi.
Dari variasi komposisi membran PVA/MA
diperoleh komposisi PVA/MA 85/15 sebagai
komposisi optimum. Adapun peningkatan
suhu umpan menunjukkan peningkatan laju
permeasi dan menurunkan faktor pemisahan.
Dengan rentang suhu umpan percobaan dari
25- 55C, diperoleh suhu 35C sebagai suhu
umpan optimum proses pervaporasi.
Dari hasil penelitian ini, faktor pemisahan
terbesar diperoleh pada komposisi membran
PVA/MA 75/15 dengan suhu umpan 25C
dan konsentrasi umpan 95%. Pada kondisi
190 Jurnal PEtPT
tersebut, konsentrasi etanol retentat yang
diperoleh adalah 99,80 % dan konsentrasi
etanol permeatnya adalah 10,30 % denganfaktor pemisahan 158,92 dan laju permeasi
0,038 kg/m2jam. Sementara itu, laju permeasi
terbesar diperoleh pada komposisi membran
PVA/MA 90/10 dengan suhu umpan 55C
dan konsentrasi umpan 95%. Pada kondisi
ini, konsentrasi etanol retentat yang diperoleh
adalah 96,16 'X,dan konsentrasi etanol perme-
atnya adalah 41,88 % dengan faktor pemisahan
25,31 dan laju permeasi 0,388 kg/m2jam.
Namun berdasarkan kondisi optimum yang
dapat dilihat pada gambar, campuran etanol-air azeotropik dapat dipisahkan paling baik
dengan membran PVA/ MA 85/15 denga n suhu
umpan 35C dan konsentrasi etanol umpan
95% yang menghasilkan faktor pemisahan
cukup tinggi dengan laju permeasi yang tidak
terlalu rendah.
Penelitian ini disarankan untuk dilanjutkan
dengan mengamati proses dehidrasi senyawa
turunan atau derivat senyawa alkohol yang
lebih nonpolar dan banyak digunakan diindustri seperti isopropanol dan butanol
dengan teknik pervaporasi ini.
UCAPAN TERIMA KASIH
Terimakasih penulis ucapkan pada Jurusan
Teknik Kimia Polban dan Laboratorium Kimia
Bahan Alam dan Lingkungan Jurusan Kimia
FMIPA Unpad atas dukungan fasilitas yang
diberikan selama penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
Asman, G. &O. Sanli (2003). Characteristics
of per meat ion and s epar at ion for acetic acid
- water mixtures through poly(vinyl alcohol)
membranes modified with poly(acrylic acid).
J. Separation Science and Technology 38:
1963-1980.
Bungay, P.M.; H.K. Lonsdale; &M.N. de Pinho
(1983). Synthetic Membranes: Science, Engi-
neering, and Aplications. Dordrecht: D.
Reidel Publishing Company.
http://www.univpancasila.ac.id 7/29
-
7/16/2019 Dehidrasi Etanol Dengan Teknik Pervaporasi
10/10
________ ~~_~_~~ __ ~~_~~~ ~_~_ Vol. IV, No.1, Juni 2006
Durmaz-Hilmioglu, N.; A.E. Yildirim; A.S
Sakaoglu; S. Tulbentci (2001). Acetic Acid
Dehydra tion by Per vap oratio n. J. ChemicalEngineering and Processing 40: 263-267.
Feng, X&R.Y.M.Huang (1997). Liquid Sepa-
ration by Membrane Pervaporation: A Review.
J. Ind. Eng. Chern. Res. 36: 1048-1066.
Huang, R.Y.M (1991). Pervaporation Membrane
Separation Process. New York: Elsevier.
Huang, Z; Y. Shi; R. Wen; Y-H. Guo; J-F. Su;&
T. Matsuura (2006). Multilayer poly(vinyl
alcohol)-zeoli te 4A composite membranes for
ethanol dehydration by means of pervaporation.
J; Separation and Purification 8511:1-11.
Isiklan, N.&
O. Sanli (2005). Separationcharacteristic of acetic acid-water mixtures
by pervaporati on using poly (v inyl alc ohol)
m em bra ne s m od ified w ith m alic a cid . J .Chemical Engineering and Processing 44:
1019-1027.
Jirage KB. &c.R. Martin (1999). New devel-
opments in membran-based separations. J .
Tibtech May 17:197-200.
Jurnal paPT. 191
http://www.univpancasila.ac.id 7/29