SINTESIS, KARAKTERISASI, DAN APLIKASI MEMBRAN ZEOLITE UNTUK FILTRASI LARUTAN KCl

1. SINTESIS, KARAKTERISASI, DAN APLIKASI MEMBRAN ZEOLITE UNTUK FILTRASI LARUTAN KCl

2. Latar Belakang • Reverse osmosis merupakan salah satu metode untuk pengolahan limbah menjadi air bersih yang memiliki prospek sangat baik di Indonesia dikarenakan banyaknya pabrik yang berdiri di Indonesia. • Di samping itu, metode reverse osmosis dapat digunakan untuk desalinasi air laut guna meningkatkan kandungan NaCl dan senyawa-senyawa ionik lainnya pada garam yang dihasilkan. Hal ini akan meningkatkan kualitas garam yang dihasilkan

3. Latar Belakang • Seperti yang kita ketahui bahwa sebagian besar wilayah kita terdiri dari lautan. Akan tetapi, menurut sumber yang diperoleh dari http://qitori.wordpress.com/2009/08/24/hoalah-ri-impor-garam-rp-900-miliar/ (yang dikutip dari kompas.com), Indonesia masih mengimpor garam sebanyak 1,58 juta ton per tahun senilai Rp 900 miliar

4. Latar Belakang • Metode reverse osmosis yang ada saat ini masih menggunakan membran polimer yang memiliki kelemahan sebagai berikut (Li Liangxiong, et.al, 2004) : • Mudah terhidrolisis • Sensitif terhadap perubahan pH

5. Latar Belakang • Penelitian yang dilakukan oleh Li Liangxiong, et.al menunjukkan bahwa membran anorganik yang dalam hal ini membran keramik (membran zeolit yang ditumbuhkan di atas support ceramic membrane)memiliki banyak keuntungan dibandingkan membran polimer, antara lain: • Fluks yang tinggi • Kestabilan kimia dan termal yang tinggi • Kemampuan untuk regenerasi • Biaya pretreatment yang lebih murah

6. Tujuan Penelitian • Melakukan sintesis dan karakterisasi membran zeolit yang ditumbuhkan di atas support ceramic membrane secara in-situ hidrotermal. • Menentukan besarnya fluks dan %rejeksi ion membran zeolit yang berhasil disintesis guna mengetahui efisiensi membran untuk aplikasi reverse osmosis. • Melakukan studi komputasi untuk meramalkan hasil eksperimen kemudian membandingkan hasil eksperimen dengan hasil teoretis.

7. Cara Kerja Sintesis support ceramic membrane (Shu-Chuan Hang, et.al, 1998)

8. 50 ml aqua DM + 0.6656 grTPABr+ NaOH 0,4000 gr + Al2O3 0.0013 gr + TEOS 3.3 mL Larutansiapuntuksintesishidrotermal Di-stirrer selama 24 jam • Sintesis hidrotermal membran zeolit I (membran zeolit yang menggunakan template TPABr) (Yushan Yan,et.al, 1995) Support Ceramic Membrane Dimasukkankedalamteflonpadaautoclave Autoclave dikeluarkandaridalam oven, kemudianautoclave dibuka, dansampeldikeluarkandariautoclave Setelah 20 jam Autoclave di-seal Dipanaskandi oven padasuhu 1750C selama 20 jam Sampeldi-furnace padasuhu 5000C selama 12 jam Sampelsiapdipakaidandikarakterisasi Sampeldicucidengan aqua DM dandikeringkandi oven padasuhu 1100C selama 12 jam

9. Sintesis hidrotermal membran zeolit I (membran zeolit yang menggunakan template TBABr) 50 ml aqua DM + 0.8 mLTPABr+ NaOH 0,4000 gr + Al2O3 0.0013 gr + TEOS 3.3 mL Larutansiapuntuksintesishidrotermal Di-stirrer selama 24 jam Support Ceramic Membrane Dimasukkankedalamteflonpadaautoclave Autoclave dikeluarkandaridalam oven, kemudianautoclave dibuka, dansampeldikeluarkandariautoclave Autoclave di-seal Dipanaskandi oven padasuhu 1750C selama 20 jam Sampeldi-furnace padasuhu 5000C selama 12 jam Sampelsiapdipakaidandikarakterisasi Sampeldicucidengan aqua DM dandikeringkandi oven padasuhu 1100C selama 12 jam

10. Dasar-dasar Pemodelan Komputasi • Pemodelan-pemodelan komputasi yang telah dilakukan sebelumnya (D.W. Lewis, et.al, 1995) memodelkan secara komputasi interaksi antara zeolite ZSM-5 dengan templatenya (TPABr) menggunakan teknik energy minimization dan metode molecular dyanmics seperti pada gambar di bawah ini : (Maria J. Sabater, et.al, 2001) melakukan pemodelan interaksi antara zeolite ZSM-18 dan template-nya seperti gambar di bawah ini :

11. Dasar-dasar pemodelan komputasi • (German Sastre, et.al, 2002) melakukan pemodelan interaksi zeolite ZSM-12 dengan template-nya : • (H.Van Koningsveld , et.al, 1986) berhasil menggambarkan posisi zeolite ZSM-5 dan template-nya ion TPA+ dari data XRD, yang ditunjukkan seperti gambar di bawah ini :

12. Ring 4  E = 4,337.37 kj/mol Ring 5  E = 3,179.62 kj/mol

13. Ring 6  E = 2,043.93 kj/mol Ring 7  E = 912,973 kj/mol

14. Ring 8  E = 36.0914 kj/mol Ring 9  E = -523.508 kj/mol

15. Ring 10  E = -824.799 kj/mol ORGANIC TEMPLATE TPABr Ring 4  E = 4,420.09 kj/mol

16. Ring 5  E = 3,182.65 kj/mol Ring 6  E = 2,034.73 kj/mol

17. Ring 7  E = 977.058 kj/mol Ring 8  E = 143.144 kj/mol

18. Ring 9  E = -387.235 kj/mol Ring 10  E = -678.331 kj/mol

20. Grafik Jumlah Ring Vs. Energi

21. Analisis • Energi sistem pada pembentukan ring 4 – ring 10 yang menggunakan template TBABr < yang menggunakan template TPABr (kecuali ring 6)  Jumlah ring 4 – ring 10 pada sistem yang menggunakan TBABr > sistem yang menggunakan TPABr (kecuali jumlah ring 6) • Dengan demikian jumlah pori yang berukuran kecil pada sistem yang menggunakan TBABr > sistem yang menggunakan TPABr

22. ANALISIS • Dapat diramalkan bahwa jumlah volume permeat (setelah kompaksi) yang melalui membran zeolit yang menggunakan TBABr akan lebih kecil dibandingkan dengan membran zeolit yang menggunakan TPABr • Dapat diramalkan pula bahwa % rejeksi ion oleh membran zeolit yang menggunakan TBABr > membran zeolit yang menggunakan TPABr • Hal ini sesuai dengan hasil eksperimen

23. Hasil Eksperimen

24. Hasil Eksperimen

25. Hasil Eksperimen

26. Sebelum diberi tekanan (1000x) Zeolit dengan template TBABr Zeolit dengan template TPABr support

27. Zeolit dengan template TPABr (Perbesaran 500x) Zeolit dengan template TBABr (perbesaran 500x)

28. Zeolit yang tumbuh pada support membrane dengan menggunakan template TBABr (perbesaran 5000x) Support membrane (perbesaran 5000x)

29. Bagian penampang

30. EDX ZEOLITE DENGAN TEMPLATE TBABr

31. EDX ZEOLIT DENGAN TEMPLATE TPABr

32. Setelah diberi tekanan 10 psi (muka atas) Zeolite dengan template TBABr Zeolite dengan template TPABr Support membrane

33. Penampang Zeolite dengan template TBABr Zeolite dengan template TPABr Support membrane

34. EDX Zeolit dengan template TBABr

35. EDX Zeolit dengan template TPABr

36. EDX Support Membrane

37. Kesimpulan • Membran zeolit berhasil ditumbuhkan di atas support membrane ceramic secara in-situ hidrotermal baik yang menggunakan template TBABr maupun yang menggunakan template TPABr • %Rejeksi ion K+ untuk membran zeolit yang disintesis menggunakan TBABr > membran zeolit yang disintesis menggunakan TPABr • Hasil studi komputasi dapat meramalkan secara kualitatif hasil eksperimen yang akan didapat.

38. Referensi • Li, Liangxiong; Dong, Junhang; Nenoff, Tina M.; Lee, Robert. Desalination by reverse osmosis using MFI zeolite membranes. Journal of Membrane Science 243 (2004) 401. • Yan, Yushan; Davis, Mark E.; Gavalas, George R. Preparation of Zeolite ZSM-5 Membranes by In-Situ Crystallization on Porous alpha Al2O3. Ind. Eng. Chem. Res., 1995, 34(5), 1652-1661

39. Referensi • Huang, Shu-Chuan; Huang, Chung-Tai; Lu, Shih-Yuan; Chou, Kan-Sen. Ceramic-Polyaniline Composite Porous Membranes. Journal of Porous Materials, 6 (1999), 153-159. • Lewis, D.W.; Freeman, C.M.; Catlow, C.R.A. Predicting theTemplating Ability of Organic Additives for the Synthesis of Microporous Materials. J.Phys.Chem. 1995, 99, 11194-11202.

40. Referensi • Sabater, Maria J.; Sastre, German. A Computational Study on the Templating Ability of the Trispyrrolidinium Cation in the Synthesis of ZSM-18 Zeolite.Chem.Mater. , 2001, 13(12), 4520-4526. • Sastre, German; Leiva, Sandra; Sabater, Maria J.; Gimenez, Ignacio; Rey, Fernando; Valencia, Suzana; Corma, Avelino. Computational and Experimental Approach to the Role of Structure-Directing Agents in the Synthesis of Zeolites : The Case of Cyclohexyl Alkyl Pyrrolidinium Salts in the Synthesis of , EU-1, ZSM-11, and ZSM-12 Zeolites. J.Phys.Chem. B, 2003, 107, 5432-5440. • Koningsveld, H.Van; Bekkum, H.Van; Jansen, J.C.; On the Location and Disorder of the Tetrapropylammonium (TPA) Ion in Zeolite ZSM-5 with Improved Framework Accuracy . Acta Cryst., 1987, B43, 127- 132.