2 tinjauan pustaka - digilib.itb.ac.id membran mulai dipelajari dan diteliti pada abad ke-18 oleh...

of 22/22
2 Tinjauan Pustaka 2.1 Teknologi Membran Membran telah mendapat tempat yang penting di dalam teknologi kimia dan aplikasinya telah digunakan secara luas. Sifat utama membran yang menjadi kunci pemanfaatan membran secara luas adalah kemampuannya untuk mengontrol laju permeasi suatu spesi kimia yang berbeda-beda. Dalam aplikasi pemisahan, tujuan penggunaan membran adalah untuk meloloskan satu komponen dari suatu campuran, melewati bagian membran secara bebas ketika laju permeasi komponen lain terhalang (Baker, 2004). Teknologi membran mulai dipelajari dan diteliti pada abad ke-18 oleh para ilmuwan filsafat. Ilmuwan pertama yang memelopori adalah Abbe Nolet. Nolet menggunakan kata ‘osmosis’ untuk menggambarkan permeasi air melewati diafragma pada tahun 1748. Pada sekitar abad 19 dan awal abad 20, belum ditemukan adanya penggunaan membran untuk industri ataupun untuk aplikasi komersial lainnya. Saat itu, membran hanya digunakan sebagai alat di laboratorium untuk mengembangkan teori kimia dan fisika. Sebagai contohnya, pengukuran tekanan osmosis larutan oleh Traube dan Pfeffer dengan memakai membran, digunakan lebih lanjut oleh van’t Hoff untuk mengembangkan hukum larutan idealnya pada tahun 1887, yang sekarang dikenal dengan persamaan van’t Hoff. Pada waktu yang sama, konsep dari membran selektif semipermiabel, digunakan oleh Maxwell dan lainnya dalam mengembangkan teori kinetik gas (Baker, 2004). Peneliti terus melakukan percobaan dengan menggunakan setiap jenis diafragma pada hewan untuk mengembangkan teknologi membran hingga dipilih membran nitroselulosa yang bersifat reprodusibel. Di tahun 1930, membran mikropori mulai dikomersialkan dan dua puluh tahun kemudian, teknologi membran mikrofiltrasi mulai meluas pada polimer yang lain, seperti selulosa asetat. Aplikasi pertama membran adalah dalam uji minuman pada akhir Perang Dunia II (Baker, 2004).

Post on 30-Apr-2018

225 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 2 Tinjauan Pustaka

    2.1 Teknologi Membran

    Membran telah mendapat tempat yang penting di dalam teknologi kimia dan aplikasinya

    telah digunakan secara luas. Sifat utama membran yang menjadi kunci pemanfaatan

    membran secara luas adalah kemampuannya untuk mengontrol laju permeasi suatu spesi

    kimia yang berbeda-beda. Dalam aplikasi pemisahan, tujuan penggunaan membran adalah

    untuk meloloskan satu komponen dari suatu campuran, melewati bagian membran secara

    bebas ketika laju permeasi komponen lain terhalang (Baker, 2004).

    Teknologi membran mulai dipelajari dan diteliti pada abad ke-18 oleh para ilmuwan filsafat.

    Ilmuwan pertama yang memelopori adalah Abbe Nolet. Nolet menggunakan kata osmosis

    untuk menggambarkan permeasi air melewati diafragma pada tahun 1748. Pada sekitar abad

    19 dan awal abad 20, belum ditemukan adanya penggunaan membran untuk industri ataupun

    untuk aplikasi komersial lainnya. Saat itu, membran hanya digunakan sebagai alat di

    laboratorium untuk mengembangkan teori kimia dan fisika. Sebagai contohnya, pengukuran

    tekanan osmosis larutan oleh Traube dan Pfeffer dengan memakai membran, digunakan

    lebih lanjut oleh vant Hoff untuk mengembangkan hukum larutan idealnya pada tahun 1887,

    yang sekarang dikenal dengan persamaan vant Hoff. Pada waktu yang sama, konsep dari

    membran selektif semipermiabel, digunakan oleh Maxwell dan lainnya dalam

    mengembangkan teori kinetik gas (Baker, 2004).

    Peneliti terus melakukan percobaan dengan menggunakan setiap jenis diafragma pada hewan

    untuk mengembangkan teknologi membran hingga dipilih membran nitroselulosa yang

    bersifat reprodusibel. Di tahun 1930, membran mikropori mulai dikomersialkan dan dua

    puluh tahun kemudian, teknologi membran mikrofiltrasi mulai meluas pada polimer yang

    lain, seperti selulosa asetat. Aplikasi pertama membran adalah dalam uji minuman pada

    akhir Perang Dunia II (Baker, 2004).

  • 5

    Pada tahun 1960, walaupun material membran modern telah dikembangkan, tetapi teknologi

    membran hanya digunakan dengan skala kecil pada beberapa laboratorium, khususnya di

    aplikasi industri. Hal ini disebabkan membran memiliki empat kelemahan utama, yaitu

    teknologi membran tidak akurat, memakan waktu terlalu lama, tidak selektif dalam

    pemisahan, dan terlalu mahal. Namun akhirnya membran dari skala laboratorium dapat

    dikembangkan menuju aplikasi dalam proses industri dan keempat permasalahan utama

    membran dapat dipecahkan dengan penelitian Loeb-Sourirajan. Loeb-Sourirajan membuat

    membran osmosa balik anisotropik yang bernilai fluks tinggi dan bebas dari cacat. Membran

    tersebut merupakan film yang sangat tipis, memiliki permukaan yang selektif permiabel dan

    berukuran mikropori serta memiliki kekuatan mekanik yang tinggi. Nilai fluks pertama dari

    membran osmosa balik Loeb-Sourirajan, 10 kali lebih tinggi daripada membran lain yang

    telah ada. Hal ini membuat membran osmosa balik sangat berpotensi untuk proses desalinasi

    air. Penelitian ini menghasilkan nilai komersial bagi membran osmosa balik dan membuka

    jalan bagi perkembangan ultrafiltrasi dan mikrofiltrasi (Baker, 2004).

    Teknologi membran banyak mengalami perubahan selama periode 1960-1980. Dengan

    menggunakan teknik dasar Loeb-Sourirajan, perkembangan membran terus dilakukan untuk

    menghasilkan membran berkualitas tinggi. Kemasan membran pun berkembang dengan

    variasi bentuk, seperti spiral wound, hollow fiber, kapiler, plat, dan modul untuk

    memaksimalkan penggunaan membran. Prinsip teknologi membran semakin maju hingga

    dihasilkan membran untuk proses pemisahan gas. Teknologi membran pemisahan gas

    (pervaporasi) ini sangat cepat berkembang dan meluas. Sekarang, telah banyak industri yang

    memproduksi membran dengan lapisan selektif hingga berukuran kurang dari 0,1 m. Jenis

    membran pemisah, seperti mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, osmosa balik, dan elektrodialisis telah

    meluas di seluruh industri dunia (Baker, 2004).

    Teknologi membran banyak digunakan karena proses pemisahannya memiliki banyak

    keuntungan, di antaranya adalah tidak memerlukan zat-zat kimia tambahan; prosesnya

    kontinu; temperatur operasional dan konsumsi energinya rendah; non-destructive atau tidak

    akan merusak sampel dan komponen yang akan dipisahkan; teknologinya steril sehingga

    tidak menimbulkan masalah polusi baru; bersifat lebih kompetitif; sangat spesifik, yaitu

    membran dapat disesuaikan sesuai kebutuhan yang diinginkan dan mudah dikombinasikan

    dengan proses pemisahan lain (proses hibrid); dan peningkatan kapasitas (up-scale) pada

    membran mudah dilakukan (Mulder, 1996).

  • Di samping keuntungan dan kelebihan yang dimiliki, membran juga memiliki beberapa

    kekurangan, di antaranya adalah adanya fenomena polarisasi konsentrasi atau membran

    fouling sehingga membran perlu dicuci secara berkala. Membran fouling merupakan masalah

    serius di dalam sistem pemisahan dengan membran, terutama pada membran mikrofiltrasi

    dan ultrafiltrasi. Fouling adalah proses terbentuknya endapan di atas membran, akibat

    penyumbatan lubang pori pada permukaan membran oleh partikel padat atau larutan

    berpartikel besar dalam umpan ataupun akibat penyerangan bakteri dan koloni pada

    permukaan membran. Membran fouling ini menyebabkan penurunan pada nilai fluks atau

    kecepatan alir permeat sehingga proses pemisahan menjadi tidak sempurna. Kelemahan lain

    adalah masa pakai (lifetime) membran terbatas; permeabilitas dan selektivitas membran kecil

    sehingga perlu adanya optimasi; serta peningkatan kapasitas pada membran tidak terjadi

    secara linear (Mulder, 1996).

    2.2 Definisi Membran

    Membran dapat didefinisikan sebagai suatu lapisan penghalang tipis semipermiabel yang

    bersifat selektif dan berada di antara dua fasa (fasa umpan dan permeat). Membran dapat

    meloloskan suatu spesi kimia tertentu (permeat), tetapi menahan spesi kimia yang lain

    (retentat). Proses terjadinya pemisahan suatu spesi kimia tersebut perlu adanya gaya dorong,

    seperti perubahan tekanan (P), perubahan konsentrasi (C), perubahan potensial kimia

    (), dan perubahan potensial listrik (E). Gambar 2.1 menunjukkan skema proses

    pemisahan melalui membran sistem 2 fasa.

    Gambar 2. 1 Proses pemisahan pada membran (Mulder, 1996)

    Membran dapat berukuran tebal atau tipis; strukturnya dapat homogen ataupun heterogen;

    transpor membran dapat bersifat aktif atau pasif, transpor pasif bekerja dengan menggunakan

    perbedaan tekanan, konsentrasi atau temperatur. Selain itu, membran bisa berasal dari alam

    ataupun sintetik dengan bersifat netral atau bermuatan. Ketebalan, struktur, dan sifat

    membran yang bermacam-macam itu menyebabkan fungsi membran yang berbeda-beda dan

    dapat disesuaikan dengan kebutuhan proses pemisahan (Mulder, 1996).

    6

  • 7

    2.3.1

    2.3 Klasifikasi Membran

    Klasifikasi Membran Berdasarkan Morfologi dan Struktur

    Berdasarkan morfologi dan strukturnya, pada membran padat terdapat dua tipe membran

    yang berbeda, yaitu membran simetris dan asimetris.

    a) Membran Simetris atau Membran Isotropik

    Membran simetris merupakan membran yang memiliki struktur pori homogen dengan

    ukuran pori yang relatif sama pada kedua sisi membran. Ketebalan membran simetris, baik

    yang berpori ataupun tidak adalah sekitar 10-200 m (Mulder, 1996). Membran simetris

    dapat dibagi menjadi tiga macam, yaitu membran rapat, membran mikropori, dan membran

    bermuatan (Baker, 2004). Perbedaan di antara ketiga membran tersebut, diilustrasikan pada

    Gambar 2.2.

    Membran mikropori memiliki struktur dan fungsi yang sangat mirip dengan penyaring

    konvensional. Membran ini mempunyai struktur yang kaku dan pori yang terdistribusi secara

    acak dengan diameter lebih kecil dari penyaring konvensional, yaitu sekitar 0,01-10 m.

    Semua partikel yang berukuran lebih besar dari ukuran pori terbesar membran, akan tertahan

    seluruhnya pada permukaan membran. Sebaliknya, semua partikel yang berukuran lebih

    kecil dari ukuran pori terbesar membran tetapi lebih besar dari pori membran terkecil, akan

    tertahan sebagian oleh membran, sesuai dengan distribusi ukuran pori membran. Apabila

    ukuran partikel lebih kecil dibandingkan pori membran terkecil, partikel ini dapat dengan

    bebas keluar dari membran. Jadi, proses pemisahan larutan dengan membran mikropori

    didasarkan pada ukuran molekul dan distribusi ukuran pori. Secara umum, hanya molekul

    yang sangat berbeda dalam hal ukuran, dapat dipisahkan secara efektif dengan membran

    mikropori. Contohnya adalah penggunaan dalam ultrafiltrasi dan mikrofiltrasi (Baker, 2004).

    Membran rapat, tidak berpori merupakan suatu film rapat yang menjalani proses pemisahan

    dengan cara transpor difusi menggunakan tenaga pendorong berupa perbedaan konsentrasi,

    tekanan, ataupun perbedaan potensial listrik. Pemisahan variasi komponen dari campuran,

    dihubungkan secara langsung pada laju transpor membran sehingga membran rapat yang tak

    berpori ini dapat memisahkan partikel berukuran sama jika konsentrasi partikel dalam

    material membran tersebut berbeda dengan jelas. Membran rapat umumnya digunakan pada

    proses pemisahan gas, pervaporasi, dan osmosa balik. Biasanya, membran ini memiliki

    struktur anisotropik (asimetris) untuk meningkatkan nilai fluks (Baker, 2004).

  • Membran bermuatan listrik, bisa memiliki struktur yang mikropori maupun rapat. Akan

    tetapi, biasanya merupakan membran mikropori dengan dinding pori bermuatan ion positif

    atau negatif. Membran bermuatan positif dapat mengikat anion sehingga disebut dengan

    membran pertukaran anion, sebaliknya membran bermuatan negatif dapat mengikat kation

    sehingga disebut membran pertukaran kation. Pemisahan pada membran yang bermuatan

    dipengaruhi oleh muatan dan konsentrasi ion pada larutan. Contoh dari aplikasi membran

    bermuatan ini adalah elektrodialisa (Baker, 2004).

    Membran simetris mikropori Membran rapat tak berpori Membran bermuatan

    Gambar 2. 2 Penggolongan membran simetris (Baker, 2004)

    b) Membran Asimetris atau Membran Anisotropik

    Kecepatan alir spesi melewati membran berbanding terbalik dengan ketebalan membran.

    Laju alir tinggi sangat diinginkan dalam proses pemisahan membran sehingga membran

    perlu dibuat setipis mungkin. Perkembangan teknik membran untuk menghasilkan struktur

    membran asimetris merupakan salah satu faktor utama terobosan teknologi membran selama

    30 tahun belakangan ini (Baker, 2004). Penggolongan membran asimetris ditunjukkan pada

    Gambar 2.3.

    Membran asimetris merupakan membran yang mempunyai struktur dan ukuran pori yang

    heterogen. Membran ini mengkombinasikan selektivitas tinggi dari membran rapat dengan

    laju permeasi tinggi dari membran tipis sehingga membran asimetris terdiri dari dua lapisan.

    Lapisan pertama merupakan lapisan kulit yang tipis dan rapat dengan ketebalan 0,1-0,5 m.

    Lapisan kedua adalah lapisan pendukung yang lebih tebal dan memiliki ukuran pori lebih

    besar dengan ketebalan 50-150 m (Mulder, 1996). Kedua lapisan dapat dibentuk dalam satu

    kesatuan ataupun terpisah. Dalam membran komposit, kedua lapisan biasanya dibuat dari

    polimer yang berbeda. Dalam membran cair, pori membran bertindak sebagai lapisan

    pendukung dan membran disiapkan dengan mengisi pori membran yang bersifat hidrofobik

    dengan pelarut organik yang sesuai. Selektivitas pemisahan dan laju permeasi membran

    ditentukan oleh lapisan permukaan membran sedangkan lapisan pendukung bertindak

    sebagai pemberi kekuatan mekanik. Tingginya nilai fluks yang dihasilkan menyebabkan

    hampir semua proses komersial menggunakan membran jenis ini (Baker, 2004).

    8

  • Membran cair dengan lapisan pendukung

    Membran asimetris Membran komposit matriks polimer Loeb-Sourirajan asimetris film tipis

    Gambar 2. 3 Penggolongan membran asimetris (Baker, 2004)

    2.3.2

    2.3.3

    Klasifikasi Membran Berdasarkan Sumber untuk Pembuatan Membran

    Berdasarkan sumber material untuk pembuatan membran, membran dapat dikelompokkan

    menjadi dua, yaitu membran alami (biologis) dan membran sintetik. Membran biologis dapat

    dibagi menjadi dua, yaitu living membran dan non-living membran. Living membran sangat

    penting dalam kehidupan makhluk hidup. Non-living membran, seperti liposom dan

    gelembung fosfolipid, semakin penting dalam proses pemisahan, terutama di bidang medis

    dan biomedis (Mulder, 1996).

    Membran sintetik dapat dibagi menjadi dua, yaitu membran organik (dalam bentuk polimer

    maupun membran cair) dan membran anorganik (dalam bentuk keramik dan logam)

    (Mulder, 1996).

    Klasifikasi Membran Berdasarkan Kerapatan dan Ketebalan Membran

    Berdasarkan kerapatan dan ketebalannya, membran dibagi menjadi dua, yaitu membran

    berpori dan membran tak berpori (Gambar 2.4). Berdasarkan diameter pori, membran

    berpori dibagi lagi menjadi tiga, yaitu makropori (diameter pori > 50 nm), mesopori (2 nm <

    diameter pori < 50 nm), dan mikropori (diameter pori < 2 nm). Pada membran tak berpori

    (rapat), ukuran pori tidak dapat ditentukan secara pasti (Mulder, 1996).

    9

  • polimer

    Membran tak berpori Membran berpori (pemisahan gas, pervaporasi) (mikrofiltrasi, ultrafiltrasi)

    Gambar 2. 4 Struktur membran rapat (tak berpori) dan berpori (Mulder, 1996)

    2.3.4

    2.3.5

    Klasifikasi Membran Berdasarkan Sifat Fisik dan Kimia

    Berdasarkan sifat fisik dan kimianya, membran dapat dibagi dua, yaitu membran bermuatan

    listrik (membran bermuatan dan tidak bermuatan) dan membran berdasarkan afinitasnya

    terhadap air (membran hidrofilik dan hidrofob).

    Klasifikasi Membran Berdasarkan Proses Pemisahan Partikel

    Proses pemisahan dengan membran adalah dengan memisahkan bagian tertentu dari umpan

    (feed) menjadi retentat dan permeat. Umpan adalah larutan yang berisi satu atau lebih

    campuran molekul atau partikel yang akan dipisahkan. Retentat adalah bagian yang tertahan

    pada membran, tidak dapat melewati pori-pori membran sedangkan permeat adalah bagian

    yang dapat melewati pori membran.

    Pada membran mikropori, seperti mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi, model pemisahan terjadi

    berdasarkan ukuran pori yang dimiliki membran. Pada membran rapat, seperti osmosa balik,

    proses pemisahan terjadi berdasarkan adanya perbedaan kelarutan dan mobilitas larutan

    partikel dalam membran (Baker, 2004). Proses pemisahan partikel memerlukan adanya suatu

    gaya dorong, seperti perubahan tekanan (P), perubahan konsentrasi (C), perubahan

    potensial kimia (), ataupun perubahan potensial listrik (E). Tabel 2.1 menunjukkan

    penggolongan proses pemisahan dengan membran berdasarkan gaya dorong yang digunakan,

    dengan melibatkan komponen umpan yang berupa fasa cair (L) atau gas (G) (Mulder, 1996).

    10

  • 11

    Tabel 2. 1 Proses pemisahan membran berdasarkan gaya dorong (Mulder, 1996)

    Proses Membran Fasa 1 Fasa 2 Gaya Dorong

    Mikrofiltrasi

    Ultrafiltrasi

    Nanofiltrasi

    Osmosa balik

    Piezodialisa

    Pemisahan gas

    Pervaporasi uap

    Pervaporasi

    Elektrodialisa

    Membran elektrolisa

    Dialisa

    Difusi dialisa

    Membran kontaktor

    Termo-osmosa

    Membran distilasi

    L

    L

    L

    L

    L

    G

    G

    L

    L

    L

    L

    L

    L

    G

    L

    L

    L

    L

    L

    L

    L

    L

    G

    G

    G

    L

    L

    L

    L

    L

    L

    G

    L

    L

    P

    P

    P

    P

    P

    P

    P

    P

    E

    E

    C

    C

    C

    C/P

    C/P

    T/P

    T/P

    Berdasarkan proses pemisahan partikel dengan gaya dorong berupa tekanan, membran dapat

    dikelompokkan menjadi mikrofiltrasi, ultrafiltrasi, nanofiltrasi, dan osmosa balik. Walaupun

    osmosa balik, ultrafiltrasi, dan mikrofiltrasi merupakan proses pemisahan dengan prinsip

    yang mirip, namun perbedaan dalam diameter pori, menghasilkan perbedaan yang menonjol

    dalam cara penggunaan membran tersebut (Baker, 2004).

    Gambar 2.5 merupakan model sederhana dari suatu aliran larutan partikel yang melewati

    membran dengan satu rangkaian pori kapiler berdiameter, d. Ukuran diameter pori membran

    mikrofiltrasi digambarkan sebesar 10.000 A. Diameter pori ini 100 kali lebih besar

    dibandingkan ukuran rata-rata pori ultrafiltrasi dan 1000 kali lebih besar dari ukuran

    diameter pori membran osmosa balik.

  • Gambar 2. 5 Ukuran pori dari membran osmosa balik, ultrafiltrasi, mikrofiltrasi, dan filtrasi

    konvensional (Baker, 2004)

    Oleh karena nilai fluks sebanding dengan ukuran diameter pori, maka nilai fluks per unit

    tekanan, berbeda untuk tiap jenis membran. Membran mikrofiltrasi memiliki nilai fluks jauh

    lebih tinggi dibandingkan membran ultrafiltrasi. Begitu juga ultrafiltrasi memiliki nilai fluks

    yang lebih tinggi dari membran osmosa balik. Perbedaan ini memberikan pengaruh pada

    pengoperasian tekanan, kemampuan membran menahan suatu molekul, dan cara penggunaan

    membran tersebut di industri (Baker, 2004). Tabel 2.2 menunjukkan nilai rentang fluks dari

    aplikasi tekanan pada tiap jenis membran pemisah dan besar kemampuan membran (%

    rejeksi) untuk menahan larutan garam serta nilai MWCO (Molecular Weight Cut Off), yang

    merupakan suatu batasan nilai berat molekul yang dapat ditahan oleh membran. Nilai

    MWCO 50 memiliki arti bahwa membran dapat menahan suatu molekul dengan berat 50.000

    hingga 90 % atau lebih (Mulder, 1996).

    Tabel 2. 2 Nilai fluks dan tekanan dalam variasi proses membran pemisah (Baker, 2004; Mulder, 1996)

    Proses Membran Tekanan (bar)

    Fluks

    (L/m2 h bar)

    Rejeksi larutan garam (NaCl)

    MWCO

    (Molecular Weight Cut Off)

    Mikrofiltrasi 0,1-2 (50 sangat kecil sangat besar

    Ultrafiltrasi 1-5 10-50 < 5% > 1000

    Nanofiltrasi 5-20 1,4-12 20-80% 200-1000

    Osmosa Balik 10-100 0,05-1,4 90 % 50

    12

  • 13

    Mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi adalah membran dengan struktur asimetris yang dibuat dengan

    proses LoebSourirajan dan mempunyai pori sempurna pada permukaan membran dengan

    lapisan pendukung berupa mikropori yang lebih terbuka. Pori sempurna di permukaan

    menunjukkan proses pemisahan, sedangkan pendukung mikropori memberikan kekuatan

    mekanik. Prinsip mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi adalah sama-sama menggunakan mekanisme

    penyaringan berdasarkan ukuran pori (Baker, 2004).

    Secara umum, mikrofiltrasi memiliki ketebalan 10-150 m dan ukuran pori sekitar 0,05-10

    m. Mikrofiltrasi dapat memisahkan partikel koloid dan bakteri berukuran 0,1-10 m. Selain

    itu, membran mikrofiltrasi banyak digunakan di industri untuk sterilisasi pangan, obat-

    obatan; klarifikasi minuman, jus buah, bir, wine; memurnikan H2O; pengolahan air limbah;

    pemisahan emulsi antara air dan minyak; membran bioreaktor; dan sebagainya. Membran

    ultrafiltrasi memiliki ketebalan sekitar 150 m dan ukuran pori 1-100 nm. Membran

    ultrafiltrasi dapat memisahkan suatu makromolekul, seperti protein. Aplikasi ultrafiltrasi

    lainnya adalah dalam industri dairy (susu, keju); industri makanan (protein, tepung kentang);

    industri metalurgi; industri tekstil (pewarnaan); industri farmasi (enzim, antibiotik); otomotif

    (pengecatan); pengolahan limbah; dan sebagainya (Mulder, 1996).

    Membran osmosa balik dan membran nanoflitrasi merupakan membran yang digunakan

    untuk memisahkan larutan dengan berat molekul kecil, seperti garam anorganik atau molekul

    organik kecil, seperti glukosa dan sukrosa. Kedua membran tersebut memiliki prinsip dasar

    pemisahan yang sama, yaitu berdasarkan difusi larutan, namun terdapat perbedaan dalam

    ukuran larutan yang akan dipisahkan dan gaya dorong tekanan yang digunakan (Baker,

    2004).

    Membran osmosa balik merupakan membran asimetris atau membran komposit yang

    memiliki lapisan atas dengan ketebalan sekitar 150 m dan lapisan pendukung 1 m.

    Membran osmosa balik banyak digunakan dalam proses desalinasi air payau dan air laut;

    produksi air ultramurni; dalam industri makanan dan dairy, untuk proses pemekatan

    konsentrasi jus buah, gula, susu; dan sebagainya. Membran nanofiltrasi merupakan suatu

    perkembangan membran osmosa balik yang memiliki nilai rejeksi dan permeabilitas air yang

    tinggi. Oleh karena itu, nanofiltrasi merupakan membran komposit yang memiliki dua

    lapisan dengan ketebalan yang sama dengan membran osmosa balik. Membran nanoflitrasi

    banyak digunakan dalam proses desalinasi air payau dan air laut; pemisahan mikropolutan;

    pemurnian air; pemurnian limbah; pemekatan warna (industri tekstil) (Mulder, 1996).

  • 14

    2.4 Material Membran dan Sifatnya

    Membran dapat dibuat dari berbagai material yang berbeda. Membran sintetik dapat dibuat

    dari material organik dan anorganik. Material organik yang umum digunakan adalah polimer

    atau makromolekul sedangkan material anorganik yang sering digunakan adalah keramik,

    logam, gelas. Pada pembuatan membran organik, pemilihan polimer untuk pembuatan

    membran harus disesuaikan dengan sifat spesifik membran yang akan diperoleh (Mulder,

    1996).

    Membran polimer sintetik dapat dibagi menjadi dua, yaitu membran hidrofobik dan

    hidrofilik. Contoh material membran polimer hidrofobik adalah politetrafluoroetilen (PTFE,

    teflon); poliviniliden fluorida (PVDF); polipropilen (PP); polietilen (PE). Contoh material

    membran polimer hidrofilik adalah ester selulosa (CA); polikarbonat (PC);

    polisulfon/polietersulfon (PSf/PES); poliimida/polieterimida (PI/PEI); poliamida alifatik

    (PA); polietereterketon (PEEK). Material membran anorganik yang umum digunakan adalah

    material membran keramik, seperti alumina (Al2O3); zirkonia (ZrO2); titania (TiO2); silisium

    karbida (SiC) (Mulder, 1996).

    Pada pembuatan membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi, material polimer (organik) dan

    keramik (anorganik) sama pentingnya. Beberapa contoh polimer yang digunakan dalam

    pembuatan mikrofiltrasi adalah PTFE, PVDF, PP, CA, PC, PES, PI, PEI, PA, Al2O3, ZrO2

    sedangkan pada ultrafiltrasi biasa digunakan PSf, PES, PVDF, CA, PEI, PI, PA, Al2O3,

    ZrO2. Pada pembuatan membran osmosa balik dan nanofiltrasi, material polimer hidrofilik

    merupakan pilihan utama karena dibutuhkan permeabilitas tinggi terhadap air untuk proses

    desalinasi air laut. Beberapa contoh material hidrofilik yang sering digunakan adalah

    poliamida aromatik, selulosa triasetat, PA, polieter urea (Mulder, 1996).

    Pada umumnya, membran hidrofilik merupakan membran yang memiliki ketahanan yang

    lebih baik terhadap fouling dan dapat mempertahankan permeabilitas tetap tinggi jika

    dibandingkan dengan membran hidrofobik (Baker, 2004). Oleh karena itu, seringkali

    material polimer yang larut dalam air ditambahkan pada larutan casting membran hidrofobik

    sehingga dapat memberikan sifat hidrofilik pada permukaan membran hidrofobik tersebut.

    Sifat membran hidrofilik ini sangat baik digunakan dalam proses pemisahan yang

    mengandung air karena membran hidrofilik suka dengan air sehingga kandungan lain di

    dalam air dapat dengan mudah terpisahkan. Contohnya adalah dalam proses pemurnian air;

    pengolahan air limbah seperti pemisahan air-minyak, desalinasi; dan sebagainya (Gomez et

    al., 2003). Pada penelitian ini dilakukan pembuatan membran nata-de-coco yang merupakan

    membran dengan material polimer hidrofilik. Membran nata-de-coco ini diharapkan dapat

    menghasilkan permeabilitas dan selektivitas yang baik.

  • 15

    2.5 Teknik Pembuatan Membran

    Pada umumnya, teknik yang digunakan dalam proses pembuatan membran ada lima, yaitu

    sintering, stretching, track-etching, template-leaching, dan inversi fasa (Baker, 2004;

    Mulder, 1996).

    a) Sintering

    Prosesnya adalah dengan memberi tekanan pada bubuk atau serbuk yang memiliki ukuran

    partikel tertentu, lalu dilakukan sintering pada suhu tertentu sehingga antar muka partikel

    yang berdekatan akan menghilang dan muncul pori-pori yang baru. Teknik ini dapat

    menghasilkan membran organik maupun anorganik yang berpori, dengan ukuran pori 0,1-10

    m.

    b) Stretching

    Prosesnya adalah film yang terbuat dari polimer semikristalin ditarik terhadap arah ekstruksi

    sehingga bagian kristalin dari polimer pada polimer terletak sejajar dengan arah ekstruksi.

    Teknik ini menghasilkan membran berpori dengan ukuran sekitar 0,1-0,3 m.

    c) Track-etching

    Prosesnya adalah film polimer ditembak oleh partikel radiasi berenergi tinggi yang tegak

    lurus terhadap arah film hingga membentuk lintasan pada matriks polimer (Gambar 2.9), lalu

    film dimasukkan ke dalam bak asam atau basa dan matriks polimer akan membentuk pori

    silinder yang sama dengan distribusi pori yang sempit. Teknik ini menghasilkan membran

    berpori dengan ukuran sekitar 0,02-10 m. Pori membran ini berbentuk silinder dengan

    ukuran sama dan distribusi yang sempit.

    d) Template-leaching

    Prosesnya adalah dengan melepaskan salah satu komponen (leaching) dari material dasar

    penyusun membran yang umumnya terdiri dari tiga komponen berbeda. Teknik ini

    menghasilkan membran berpori dengan diameter pori minimal 0,005 m.

    e) Inversi Fasa

    Metode inversi fasa dikembangkan oleh Sidney Loeb dan Srinivasa Sourirajan sehingga

    dikenal dengan metode Loeb-Sourirajan. Prosesnya adalah dengan mengubah larutan

    polimer dari fasa cair menjadi fasa padat. Proses inversi fasa ini meliputi empat tahap. Tahap

    pertama adalah pembuatan larutan cetak yang homogen. Tahap kedua adalah pencetakan.

    Tahap ketiga adalah penguapan sebagian pelarut atau koagulasi parsial hanya pada bagian

    lapisan kulit. Tahap terakhir adalah pengendapan polimer dalam bak koagulan yang berisi

    non pelarut hingga dihasilkan suatu lapisan pendukung.

  • 2.6 Sistem Desain Membran Flitrasi

    Sistem desain membran flitrasi dapat dibedakan dengan jelas karena aplikasinya yang sangat

    banyak dan konfigurasi modulnya. Modul adalah bagian pusat dari instalasi membran dan

    merupakan suatu unit pemisahan. Sejumlah modul dihubungkan menjadi suatu rangkaian

    seri atau paralel. Modul tersebut dicoba disusun sedemikian rupa untuk mengoptimalkan

    desain dengan biaya murah. Dua jenis sistem desain membran filtrasi yang sering digunakan

    adalah sistem flitrasi dead-end atau in-line dan sistem filtrasi cross-flow (Baker, 2004;

    Mulder 1996).

    a) Sistem dead-end atau in-line (Gambar 2.6)

    Sistem dead-end adalah sistem desain yang paling sederhana dengan biaya operasional

    murah. Larutan umpan diberi gaya dorong tekanan untuk melewati membran dengan arah

    aliran tegak lurus terhadap membran. Namun, kelemahan proses ini adalah dapat

    meningkatkan konsentrasi rejeksi komponen dalam larutan umpan tetapi menyebabkan

    kualitas permeat semakin menurun. Hal ini disebabkan terjadinya fouling yang sangat tinggi

    karena terbentuk cake atau lapisan partikel di permukaan membran. Ketebalan cake akan

    terus meningkat sehingga nilai fluks menurun. Sistem ini masih sering digunakan dalam

    proses pemisahan mikrofiltrasi, seperti di farmasi dan medis.

    Gambar 2. 6 Sistem desain membran filtrasi dead-end (Baker, 2004)

    16

  • b) Sistem cross-flow (Gambar 2.7)

    Sistem cross-flow merupakan sistem desain yang kompleks dan memerlukan biaya

    operaional lebih tinggi dari sistem dead-line. Namun pilihan sistem desain membran filtrasi

    ini banyak diaplikasikan di industri karena memiliki kecenderungan fouling yang relatif

    rendah. Pada sistem cross-flow, larutan umpan dialirkan paralel terhadap permukaan

    membran. Komposisi larutan umpan dalam modul merupakan fungsi jarak modul, ketika

    aliran umpan terbagi menjadi 2, yaitu aliran permeat dan aliran retentat sehingga

    pembentukan cake akan terjadi sangat lambat karena tersapu oleh gaya geser aliran cross-

    flow umpan. Penurunan fluks dapat dikontrol dan disesuaikan dengan menggunakan pilihan

    modul yang tepat dan pengaturan kecepatan aliran cross-flow.

    Gambar 2. 7 Sistem desain membran filtrasi cross-flow (Baker, 2004)

    2.7 Karakterisasi Membran

    Karakterisasi membran dipengaruhi oleh jenis bahan pembuat membran dan proses

    pembuatan membran tersebut. Parameter utama yang digunakan untuk menentukan efisiensi

    dari suatu membran adalah permeabilitas dan permselektivitas. Kedua parameter ini

    merupakan karakterisasi membran secara fungsional. Selain itu diperlukan juga karakterisasi

    lain, seperti kekuatan mekanik dan morfologi membran untuk mengetahui ketahanan dan

    sifat fisik dari membran tersebut.

    2.7.1 Permeabilitas

    Permeabilitas membran merupakan ukuran yang menyatakan banyaknya spesi tertentu yang

    dapat melewati membran. Permeabilitas merupakan fungsi dari ukuran dan jumlah pori.

    Besarnya permeabilitas dapat diperoleh dari mengukur besarnya nilai fluks atau kecepatan

    laju permeasi. Fluks (J) merupakan banyaknya volume (V) yang melalui membran, per luas

    (A) dalam waktu tertentu (t). Besarnya permeabilitas merupakan gradien atau selisih dari

    nilai fluks pada berbagai nilai tekanan (Mulder, 1996).

    17

  • J = dtdV

    A1

    ............................................................................(2.1)

    J = fluks (L/m2 hour(s) atau L/ m2 jam)

    V = volume permeat (L)

    A = luas permukaan membran (m2)

    t = waktu (jam)

    2.7.2 Permselektivitas

    Permselektivitas membran adalah ukuran kemampuan membran untuk menahan suatu spesi

    dan melewatkan spesi yang lain. Rejeksi (R) merupakan parameter untuk menyatakan

    permselektivitas membran, dengan Cf sebagai konsentrasi umpan dan Cp sebagai

    konsentrasi permeat. Besarnya nilai rejeksi suatu membran menggambarkan kemampuan

    membran untuk menahan spesi kimia tertentu (Mulder, 1996).

    % R = 1001

    CfCp

    ............................................................................(2.2)

    Cp = konsentrasi permeat (ppm)

    Cf = konsentrasi umpan (ppm)

    Apabila dilakukan pengukuran rejeksi dengan massa molekul (Mw) dekstran yang berbeda,

    maka dapat diperoleh nilai Molecular Weight Cut Off (MWCO). MWCO menyatakan suatu

    batasan nilai berat molekul yang dapat ditahan oleh membran, yaitu dengan nilai %R diatas

    90. Besarnya MWCO diperoleh dari aluran grafik %R terhadap logaritma dari berat molekul.

    Faktor yang berpengaruh pada karakterisasi MWCO adalah berat molekul zat terlarut

    sebagai standar (biasanya berupa dekstran atau polietilenglikol), bentuk geometri zat terlarut,

    fleksibilitas rantai, interaksi zat terlarut dengan membran, fenomena polarisasi konsentrasi,

    fenomena fouling, dan kondisi saat karakterisasi. Dengan nilai MWCO ini, dapat diketahui

    batasan berat molekul yang dapat dipisahkan atau dilewatkan oleh suatu membran. Membran

    yang baik adalah membran yang memiliki nilai fluks dan persen rejeksi yang tinggi (Mulder,

    1996).

    18

  • 2.7.3 Karakterisasi Ketebalan Membran

    Karakterisasi dengan pengukuran ketebalan membran berguna untuk mengontrol

    keseragaman dan kualitas membran. Pengukuran dapat dilakukan dengan menggunakan

    mikrometer sekrup dan didapat ketebalan membran (d) dalam mm.

    2.7.4 Karakterisasi Sifat Mekanik

    Karakterisasi sifat mekanik membran melibatkan deformasi (perubahan bentuk) material

    dalam pengaruh aplikasi kekuatan tarik atau tegangan (stress). Tegangan membran

    merupakan hasil bagi besar gaya luar (beban) maksimal terhadap luas penampang membran

    mula-mula. Tegangan ini merupakan kemampuan membran menahan besarnya tegangan

    tarik berdasarkan pada gaya yang diberikan dalam tes uji tarik menggunakan bentuk sampel

    dumb-bell (Ram, 1997).

    = Ao

    F max ............................................................................(2.3)

    = tegangan (MPa)

    F = gaya maksimal (kgf)

    Ao = luas penampang mula-mula (mm2)

    Dengan memplot kurva kekuatan tarik (stress) terhadap regangan (strain), akan didapat

    kemiringan yang disebut modulus elastis Young. Modulus elastis Young adalah ketahanan

    deformasi, yang juga bisa didapat dari hasil pengukuran tegangan (), dibagi regangan

    (strain) atau elongasi (Mulder, 1996).

    E = 100x

    ............................................................................(2.4)

    E = modulus Young (MPa)

    = elongasi

    Elongasi merupakan perpanjangan panjang yang dialami membran saat diberikan suatu

    tegangan tarik, dibagi dengan panjang membran mula-mula (Mulder, 1996; Ram, 1997).

    = %100xll

    ............................................................................(2.5)

    = elongasi (%)

    l = pertambahan panjang (mm)

    19

  • l = panjang mula-mula (mm)

    Kurva tegangan-regangan, ditunjukkan pada Gambar 2.8. Pada awalnya, alur A-B berada

    pada regangan linear hingga tercapainya kekuatan tarik yield stress yang menyebabkan

    elongasi hingga mencapai titik E. Titik E ini merupakan batas kekuatan tarik maksimal

    hingga akhirnya terjadi patahan (deformasi membran) (Mulder, 1996; Ram, 1997).

    Gambar 2. 8 Kurva tegangan-regangan (Ram, 1997)

    2.7.5 Karakterisasi Morfologi Membran

    Karakterisasi morfologi membran berguna untuk mengetahui struktur permukaan,

    penampang lintang, dan struktur pori membran. Analisisnya dilakukan dengan menggunakan

    peralatan Scanning Electrn Microscopy (SEM). Scanning Electron Microscopy (SEM) merupakan bagian dari mikroskop elektron yang dapat menghasilkan gambar sampel dengan

    resolusi yang tinggi. Batas resolusi dari mikroskop elektron adalah 0,01-10 m sedangkan

    mikroskop elektron yang lebih kompleks memiliki batas resolusi hingga 0,005 m (Mulder,

    1996).

    Prinsip kerja SEM diilustrasikan pada Gambar 2.9. Suatu berkas sinar elektron dengan

    energi kinetik 1-25 kV menabrak sampel membran dan elektronnya disebut elektron primer

    yang berenergi tinggi. Elektron yang dipantulkan dinamakan elektron sekunder yang

    memiliki energi rendah. Elektron sekunder ini bukan merupakan hasil pantulan elektron

    primer tetapi merupakan hasil pembebasan dari atom di permukaan dan menentukan

    gambaran yang terekam dalam mikrograf atau layar monitor. Sampel membran yang

    ditempatkan dalam berkas elektron memerlukan teknik persiapan yang baik supaya sampel

    tidak terbakar atau rusak. Rusaknya sampel bergantung pada jenis polimer dan besarnya

    voltase yang digunakan. Pencegahan dilakukan dengan melapisi sampel dengan lapisan

    konduktor, seperti lapisan tipis emas (Mulder, 1996).

    20

  • Gambar 2. 9 Prinsip kerja SEM (Mulder, 1996)

    2.8 Selulosa

    Selulosa merupakan suatu polisakarida yang paling melimpah di alam dan penyusun utama

    dinding sel dari semua tumbuhan tinggi, kebanyakan alga, serta beberapa fungi. Pada hewan,

    hanya ditemukan satu kelompok hewan yaitu tunicates, yang mempunyai kemampuan

    menghasilkan dan menggunakan selulosa. Selain itu, beberapa bakteri asam asetat (cuka)

    juga ditemukan dapat mensintesis selulosa, seperti Acetobacter, Rhizobium, Agrobacterium

    dan Sarcina (Wanichapichart et al., 2002).

    Beberapa binatang, terutama kelompok ruminansia, seperti sapi dapat mencerna selulosa

    dengan bantuan enzim spesifik yang dapat memecah ikatan glikosidik pada selulosa, yaitu

    enzim glikosida hidrolase, endo selulase dan ekso glukosidase. Namun kemampuan untuk

    memecah selulosa tidak dimiliki oleh mamalia dan manusia sehingga digantikan dengan

    serat makanan dalam sayuran dan buah-buahan untuk memperlancar pencernaan makanan

    (Poedjiadi, 1994).

    Selulosa (C6H10O5)n adalah suatu polisakarida yang terdiri dari rantai panjang -D-glukosa

    dan tidak bercabang. Monomer selulosa (-D-glukosa), terhubung melalui ikatan (14)

    glikosidik dengan cara kondensasi, yaitu dua unit glukosa berdekatan, bersatu dengan

    mengeliminasi satu molekul air di antara gugus hidroksil pada karbon 1 dan 4. Pembentukan

    selulosa dengan cara polimerisasi kondensasi ini, dapat ditunjukkan dengan hidrolisis

    selulosa, yaitu reaksi unit ulang selulosa dengan air yang menghasilkan glukosa (Gambar 2.

    10) (Odian, 2004).

    21

  • O

    O

    O

    OH

    OH

    CH2OH

    O

    OH

    OH

    CH2OHO

    O

    OH

    OH

    CH2OH

    H+

    + H2O

    O

    OH

    OH

    OH

    CH2OH

    OH

    Selulosa Glukosa

    Gambar 2. 10 Reaksi selulosa dengan air (Odian, 2004)

    Ikatan 1, 4 glikosidik pada selulosa berkonfigurasi trans diekuatorial, membentuk suatu

    rantai polimer lurus dan menyebabkan antaraksi molekul polimer yang besar sehingga

    selulosa bersifat kristalin (Odian, 2004). Rantai selulosa membentuk pita selulosa atau

    mikrofibril melalui ikatan hidrogen gugus-gugus hidroksil pada gugus residu glukosa, yang

    mengatur dan mengikat pembentukan rantai dengan kuat (Gambar 2.11). Ikatan hidrogen ini

    memberikan sifat fisik yang kuat dengan struktur kristal yang stabil dan titik leleh yang lebih

    besar dari temperatur dekomposisinya. Oleh karena itu, selulosa tidak dapat dilelehkan dan

    tidak larut dalam air. Akan tetapi, selulosa dapat mengalami penggembungan dalam pelarut

    yang mampu membentuk ikatan hidrogen. Derajat penggembungan akan meningkat seiring

    dengan bertambahnya kekuatan ikatan hidrogen antara selulosa dan pelarut. Sifat fisik dan

    mekanik selulosa ini sangat penting dalam tumbuhan untuk membantu memberikan kekuatan

    dan kekakuan pada dinding sel. Panjang rantai molekul selulosa bervariasi, derajat

    polimerisasinya sekitar 2000-25000 unit (Wanichapichart et al., 2002).

    O

    O

    HOH

    H

    O

    H

    HHOH2C

    O

    H H

    OH

    HOH2C

    H

    O

    HO

    OH

    H OH

    O

    HOH

    H

    H

    HHOH2C

    O

    H

    Gambar 2. 11 Selulosa sebagai polimer -D glukosa dengan ikatan H antargugus OH (Odian, 2004)

    Dengan asam encer, selulosa tidak dapat terhidrolisis, tapi oleh asam dengan konsentrasi

    tinggi, selulosa dapat terhidrolisis menjadi selobiosa dan D-glukosa. Selobiosa adalah suatu

    disakarida yang terdiri atas dua molekul glukosa yang berikatan glikosidik antara atom

    karbon 1 dengan atom karbon 4. Oleh karena itu, selulosa yang berikatan (14) glikosidik

    secara linear, sebenarnya merupakan unit ulang dari selobiosa dengan satu ujung gugus non

    reduksi dan satu ujung aldehid, yang mudah dioksidasi menjadi gugus karboksil (Gambar

    2.12) (Poedjiadi, 1994). 22

  • O

    OH

    O

    OH

    OH

    CH2OH

    O

    OH

    OH

    CH2OHO

    O

    OH

    OH

    CH2OH O

    O

    OH

    OH

    CH2OH

    unit pengulangan selobiosa

    gugus reduksi

    gugus non reduksi

    Gambar 2. 12 Selulosa merupakan unit ulang selobiosa

    Ada empat struktur dari jenis selulosa yang berbeda, yaitu (Holmes, 2004) :

    1) Selulosa I, yaitu selulosa yang terbentuk dari ikatan paralel (14) glikosidik. Selulosa

    jenis ini ditemukan di alam dan dapat disintesis oleh mikrooganisme, seperti Acetobacter

    xylinum. Dalam keadaan tidak kering, selulosa I dapat menjadi native selulosa.

    2) Selulosa II, yaitu selulosa yang terbentuk dari ikatan anti paralel (14) glikosidik.

    Selulosa jenis ini ditemukan dalam media biakan Acetobacter xylinum setelah

    direkristalisasi dari selulosa I.

    3) Selulosa III merupakan selulosa I hasil perlakuan secara kimia.

    4) Selulosa IV merupakan selulosa yang terdapat dalam dinding sel tumbuhan tingkat

    tinggi dan dapat juga berasal dari hasil perlakuan kimia terhadap selulosa II.

    Walaupun banyak ditemukan melimpah di alam, selulosa komersial hampir seluruhnya

    berasal dari kapas dan kayu. Kapas tersusun dari 89 % selulosa dan 7 % air dengan sisanya

    adalah lilin, senyawa pektat, asam organik, dan protein. Kapas terdiri dari serat panjang

    (kapas atau lint) dan serat pendek (linters). Serat panjang dapat digunakan langsung dalam

    produksi kapas di tekstil sedangkan serat pendek harus dilakukan perlakuan khusus terlebih

    dulu dengan 2-5 % NaOH untuk didapatkan selulosa hingga kemurnian 99 %. Kayu,

    mengandung 40-50 % selulosa dengan sisanya lignin dan hemiselulosa sehingga untuk

    mendapatkan selulosa dengan kemurnian sekitar 92-98 %, serpihan kayu perlu diperlakukan

    dalam asam dan diuapkan dengan natrium sulfida (Odian, 2004).

    23

  • 24

    Selulosa memiliki aplikasi sangat luas dalam jumlah besar. Selain di industri tekstil,

    aplikasinya banyak digunakan di industri yang lain, seperti dalam produksi kertas, dalam

    etanol, metanol dan dalam laboratorium, selulosa digunakan sebagai senyawa padat untuk

    kromatografi lapis tipis dan linters kapas. Gugus hidroksil selulosa dapat bereaksi sebagian

    atau seluruhnya dengan variasi bahan kimia untuk menghasilkan senyawa turunan selulosa

    yang memiliki banyak kegunaan. Turunan senyawa selulosa banyak digunakan dalam

    pembuatan plastik, film fotografi, serat rayon, selofan, pelindung, (ester selulosa, eter

    selulosa, selulosa nitrat), bahan ledak (nitroselulosa), membran filtrasi (selulosa asetat),

    dalam industri makanan sebagai stabilizer dan thickener (karboksimetilselulosa) (Odian,

    2004).

    2.9 Selulosa Bakteri

    Selulosa bakteri merupakan selulosa yang disintesis dari suatu mikroorganisme penghasil

    selulosa. Mikrooganisme yang terkenal subur dalam menghasilkan selulosa adalah bakteri

    Acetobacter xylinum. Acetobacter xylinum merupakan bakteri aerob gram negatif yang

    mudah bertumbuh dalam media biakan, seperti air kelapa, cuka, minuman fermentasi dan

    media lain yang mengandung glukosa (Wanichapichart et al., 2002). Dengan menginkubasi

    bakteri tersebut dalam suatu media biakan, maka akan dihasilkan serat-serat selulosa. Serat-

    serat ini dapat membentuk suatu jaringan (gel) pada permukaan cairan yang disebut pellicle.

    Ketebalan gel (pellicle) bergantung pada masa pertumbuhan mikroba. Semakin lama

    pendiaman proses fermentasi, maka gel yang dihasilkan akan semakin tebal (Brown, 1995).

    Gel yang terbentuk merupakan selulosa bakteri yang merupakan selulosa murni yang bebas

    lignin, tidak beracun, elastis, mempunyai sifat fisik dan mekanik yang kuat, kristalinitas dan

    derajat polimerisasi tinggi, ketahanan bentuk, kelarutan yang rendah namun mempunyai

    afinitas tinggi dalam air. Selulosa bakteri ini juga tahan terhadap pemanasan hingga 100 oC

    selama paling sedikit 3 jam (Wanichapichart et al., 2002).

    Selulosa bakteri telah diaplikasikan secara luas, beberapa di antaranya adalah dalam

    pembuatan film tipis, untuk diafragma akustik, kulit buatan, membran; di industri makanan,

    minuman nata-de-coco, teh kombucha; di industri tekstil untuk serat tekstil, pembuatan

    katun, sutra tiruan; untuk produk perawatan luka; pembuatan kertas; produk komestik;

    pelapis badan otomotif, pesawat terbang; dan sebagainya (Brown, 1995). Sifat afinitas tinggi

    selulosa bakteri dalam air, mendorong pemanfaatan selulosa bakteri sebagai membran

    filtrasi, misalnya untuk penyaringan koloid atau partikel dengan ukuran tertentu dari suatu

    larutan, pemurnian air, dan lainnya (Wanichapichart et al., 2002).

    Keunggulan selulosa bakteri dari selulosa, di antaranya adalah (Brown, 1995) :

  • 25

    1) selulosa bakteri tidak mengandung lignin dan hemiselulosa

    2) mudah dibiodegradasi dan dapat didaya guna kembali

    3) memiliki kristalinitas yang lebih tinggi (selulosa I)

    4) memiliki kestabilan dimensi dan berat yang ringan

    5) memiliki ketahanan dan kekuatan regangan yang tinggi

    6) memiliki afinitas yang luar biasa terhadap air

    7) mempunyai pori yang selektif

    8) memiliki permukaan area yang lebih luas

    Nata-de-coco merupakan produk selulosa bakteri yang dihasilkan dari proses fermentasi air

    kelapa dengan bantuan bakteri Acetobacter xylinum. Acetobacter xylinum akan menyusun

    glukosa alami yang terkandung di dalam air kelapa menjadi suatu lapisan gel. Saat ini, nata-

    de-coco terkenal sebagai produk komersial dalam industri makanan yang sangat digemari

    karena bermanfaat untuk memperlancar pencernaan, kandungan kalorinya relatif rendah,

    dan berserat tinggi sehingga cocok untuk menu diet. Produk-produk nata-de-coco banyak

    disajikan dalam campuran es coctail, agar, sirup, dan dalam campuran minuman segar

    lainnya sebagai makanan pembuka.

    Selain dapat digunakan dalam industri makanan, nata-de-coco juga merupakan salah satu

    sumber alternatif bagi penyediaan selulosa, dimana bahan ini lebih mudah dibuat, mudah

    diolah, dan mudah diperoleh dengan biaya produksi yang lebih murah. Oleh karena itu, studi

    mendalam terhadap nata-de-coco untuk berbagai bidang aplikasi harus terus dikembangkan

    untuk meningkatkan nilai tambah bagi produk nata-de-coco (Holmes, 2004).

    Pemanfaatan nata-de-coco dalam teknologi membran, dapat dilakukan dengan memproses

    nata-de-coco hingga dihasilkan suatu membran pemisah yang efektif, contohnya adalah

    membran mikrofiltrasi dan ultrafiltrasi, yang sering digunakan untuk pengolahan limbah

    dalam industri dairy, industri tekstil, klarifikasi dalam industri makanan dan minuman,

    sterilisasi pangan dan obat-obatan (Mulder, 1996).