T. Martoyo
PENDAHULUAN
Teknologi membran telah berkembang pesat pada 20 tahun terakhir. Aplikasinya secara garis besar digolongkan sebagai proses untuk (a) pemisahan partikel (solid) yang tersuspensi dan (b) pemisahan padatan (makro molekul) yang terlarut (Rushton dkk., 1996). Penapisan partikel dengan rentang ukuran 0,02 - 10 mikro meter dinamai mikro filtrasi (MF), sedangkan yang berukuran 0,001 - 0,02 mikro meter dinamai ultrafiltrasi (UF).
Proses menggunakan teknologi membran (MF maupun UF) bukanlah teknologi yang sama sekali baru, tetapi telah digunakan di industri makanan sejak tahun tujuh puluhan. Generasi membran pertama adalah membran organik dari bahan polimer: selulose nitrat dan selulose asetat. Penggunaan membran organik di berbagai industri cukup sukses, terutama pada kondisi operasi dan karakteristik bahan yang akan difiltrasi yang sesuai: suhu rendah, tidak viskos, sanitasi yang baik, dan lain-lain. Pada tahun 80 an mulai dikembangkan membran anorganik atau keramik untuk mengatasi keterbatasan membran organik.
Penelitian tentang filtrasi membran di industri gula telah banyak dilakukan (Herve dkk.,1995; Saska, 1997; Steindl and Doyle, 1999; Steindl, 2001) hampir seluruhnya difokuskan pada filtrasi nira jernih yang dihasilkan dari proses yang konvensional. Bahan membran yang digunakan bervariasi dari berbagai polimer organik sampai dengan membran anorganik (keramik). Teknologi UF membran untuk nira jernih telah diaplikasikan secara komersial di salah satu pabrik gula di Hawai (Kwok, 1996).
Penelitian UF membran untuk nira mentah masih jarang dilakukan , khususnya untuk nira tebu. Kendala yang dihadapi antara lain karena kandungan suspended solid yang tinggi dalam nira mentah sehingga fluks yang dicapai rendah. Oleh karena itu diperlukan perlakuan pendahuluan untuk memisahkan suspended solid dalam nira mentah sebelum masuk ke sistem UF. Ujicoba UF membran untuk nira mentah pada skala pilot telah dilaporkan oleh Martoyo dkk. (2000). Ujicoba dilakukan di PG Kedawung pada MG 1999, unit UF dipasang secara on-line dengan proses di PG. Data yang dihasilkan selama ujicoba (980 jam) digunakan sebagai proposal pengembangan sistem UF membran pada skala komersial.
PROSES FILTRASI DENGAN MEMBRAN
Proses filtrasi tujuannya adalah memisahkan zat padat baik yang larut (makro molekul) maupun yang tidak larut, endapan atau suspended solid dari pelarutnya. Proses filtrasi pada awalnya dilakukan dengan penapis dari bahan anyaman dengan porositas tertentu dan biasanya diperlukan filter aid untuk menghasilkan filtrat yang jernih. Kemudian dengan berkembangnya teknologi membran, proses pemisahan pada tingkat ukuran molekul dapat dilakukan. Spektrum pemisahan dengan membran disajikan pada Gambar 1, mulai dari pemisahan gas pada orde 0,00011-0,0005 mikro meter sampai dengan mikrofiltrasi pada rentang 0,02-10 mikro meter. Filtrasi dengan membran yang berkembang pada industri makanan-minuman berkisar pada daerah ultrafiltrasi (UF), dengan rentang porositas 0,001-0,02 mikro meter dan mikrofiltrasi (MF) dengan rentang porositas 0,02-10 mikro meter.
Gambar 1. Spektrum filtrasi membran
Macam bahan membran
Macam bahan yang digunakan untuk pembuatan membran sangat banyak ( Brock, 1983) oleh karena itu penting untuk memilih macam membran yang sesuai dengan karakteristik pemakaiannya.
Selulose nitrat
Bahan yang pertama kali digunakan untuk pembuatan filter membran adalah selulose nitrat, sampai sekarang masih digunakan secara luas hampir pada semua penapisan termasuk untuk penapisan pada pelarut air tetapi tidak dapat digunakan untuk pelarut organik. Tersedia dengan rentang ukuran pori yang luas.
Selulose asetat
Dapat digunakan seperti pada selulose nitrat dengan kelebihan tidak terpengaruh oleh alkohol sehingga dapat digunakan untuk beberapa pelarut organik.Selulose asetat terutama berguna pada pemakaian yang tidak menghendaki adanya kontaminasi nitrogen dari penapis. Namun tidak tahan digunakan pada suhu di atas 75° C.
Polivinil klorida
Bermanfaat untuk aplikasi pada bahan yang menggunakan pelarut organik, tahan terhadap asam dan basa kuat. Bahan membran ini melunak pada suhu di atas 65° C oleh karena itu dapat dicetak pada frame alat penapis.
Fluorokarbon (Teflon)
Teflon adalah nama dagang (merk Dupont) dari politetrafluoroetilen (PTFE). Bahan ini tahan terhadap pelarut yang kuat, asam, basa dan bahan kimia yang reaktif pada umumnya. Ketahanannya terhadap suhu juga tinggi, stabil pada suhu - 100° C sampai dengan 300° C. Bersifat hidrofobik sehingga tidak dapat digunakan secara langsung untuk larutan air tetapi harus dibasahi (wetting) dengan metanol atau aseton.
Poliamida (Nilon)
Bahan ini bersifat hidrofilik sehingga tidak perlu dibasahi apabila digunakan untuk bahan yang menggunakan pelarut air. Keuntungan lain bahan bersifat fleksibel, tahan lama dan mudah penanganannya. Selain itu nilon tahan terhadap hampir semua pelarut organik, dapat diotoklaf tanpa mengalami perubahan karakteristik aliran.
Anorganik
Dalam perkembangannya untuk mencari bahan yang tahan pada suhu tinggi dan tahan terhadap pelarut, ditemukan bahan lain selain yang telah dikemukakan di atas (membran organik), antara lain keramik, karbon dan stainless steel. Konfigurasi biasanya dalam bentuk tubular.
Kelebihan membran anorganik dibanding organik antara lain :
• Tekanan operasinya tinggi, dapat mencapai 145 psi
• Suhu operasinya juga tinggi, mencapai 350° C
• Umur pakai lebih panjang, mencapai tahunan
• Lebih tahan terhadap bahan kimia pelarut dan pembersih
• Memungkinkan sterilisasi dengan uap
