Surface modification of thin-thin composite polyamide reverse osmosis membranes by coating...
-
Upload
olivia-cesarah -
Category
Engineering
-
view
56 -
download
5
Transcript of Surface modification of thin-thin composite polyamide reverse osmosis membranes by coating...
SURFACE MODIFICATION OF THIN-THIN COMPOSITE POLYAMIDE
REVERSE OSMOSIS MEMBRANES BY COATING N-
ISOPROPYLACRYLAMICE-CO-ACRYLIC ACID COPOLYMERS FOR
IMPROVED MEMBRANE PROPERTIES
O L E H :
OLIVIA CESARAH – KEZIA ELKARDIANA – GALIH MERY
University of Indonesia
LATAR BELAKANGMembran Reverse Osmosis
Modifikasi Permukaan Membran
Massa Operasi Terbatas
Reverse Osmosis
University of Indonesia
MODIFIKASI MEMBRAN
Meningkatkan Sifat Hidrofilik
Mempengaruhi Muatan
Permukaan Membran
Mempermudah Penghilangan
Fouling
University of Indonesia
PERCOBAAN
1. Material dan Reagen
2. Sintesis dan Karakteristik dari kopolimer P(NIPAm-co-Aac)
3. sheet cross-flow permeation test unit
4. Surface Modification of the commercial thin-film composite membrane
5. Karakterisasi Sifat Permukaan Membran
6. Membran Fouling dan cleaning Experiments.
7. Long Term Tests Of The Modified Membrane
University of Indonesia
1. MATERIAL DAN REAGEN
N-isopropylacrylamide (NIPAm) , acrylic acid (Aac)
N.N’-Azobisisobutyronitrile (AIBN)
Membran secara kontinyu diproduksi melalui polimerisasi interfacial dari m-phenylenediamine (MPD) dan trimesoyl chloride (TMC) pada reinforce substrat pori – pori polisulfon
University of Indonesia
2. SINTESIS DAN KARAKTERISTIK DARI KOPOLIMER P(NIPAM-CO-AAC)
kopolimer P(NIPAm-co-Aac) yang mengandung variasi konsentrasi Aac( 1,0 2,0 3,0 4,0 dan 5,0 %mol) selanjutnya sintesis melalui kopolimerisasi dalam 1,4 dioxane 75% menggunakan AIBN sebgai inisator (0,3 %mol dari monomer). Komposisi umpan yang digunakan dalam percobaan ditunjukkan dalam tabel 1.
University of Indonesia
3. SHEET CROSS-FLOW PERMEATION TEST UNIT
University of Indonesia
4.SURFACE MODIFICATION OF THE COMMERCIAL THIN-FILM COMPOSITE MEMBRANE
Dimulai dengan, lapisan tipis membran komposit polyamide direndam dalam air deionisasi selama 1 jam, selanjutnya dilakukan pembilasan dengan air deionisasi untuk menghilangkan material pengawet sebelum dipasang di sel uji.
Untuk memodifikasi membran, larutan poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) yang telah diketahui konsentrasinya, dilakukan preparasi melalui pelarutan poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) dalam air de ionisasi, melalui sirkulasi dan perendaman yang dilakukan pada kondisi ambient selama 4 jam, kemudian kopolimer P(NIPAm-co-Aac) dilekatkan pada permukaan membran polyamide
University of Indonesia
5. KARAKTERISASI SIFAT PERMUKAAN MEMBRAN
1. Analisis ATR-FTIR
2. Analisis SEM dan AFM
3. Pengukuran Sudut Kontak
4. Evaluation of membrane reverse osmosis performance
University of Indonesia
6. MEMBRAN FOULING DAN CLEANING EXPERIMENTS
Percobaan fouling membran dilakukan dengan larutan 100 mg/l mengandung BSA dan 500 mg/l NaCl pada 0,5 MPa, pada suhu 25 oC dan pH 6,8 menggunakan uji cross-flow permeasi.
Percobaan pembersihan membran dilakukan melalui sirkulasi alternatif dan perendaman dengan air de-ionisasi dengan suhu berbeda selama 3 jam pada tekanan 0,17 MPa.
University of Indonesia
7. LONG TERM TESTS OF THE MODIFIED MEMBRANE
Test umur membran dilakukan pada kondisi operasi 1,55 MPa dengan larutan 2000 mg/l NaCl pada pH 6,8 dan suhu 25 oC untuk mengetahui ketahanan dan performa stabilitas dari membran komposit polyamide. Pengukuran berkala dilakukan untuk memeriksa laju fluks air dan rejeksi garam dari membran.
SINTESIS DAN KARAKTER DARI P(NIPAM-CO-AAC) COPOLYMER
University of Indonesia
SINTESIS DAN KARAKTER DARI P(NIPAM-CO-AAC) COPOLYMER
University of Indonesia
EFEK DARI MODIFIKASI PERMUKAAN TERHADAP STRUKTUR KIMIA PADA PERMUKAAN MEMBRAN
University of Indonesia
EFEK MODIFIKASI PERMUKAAN PADA PERMUKAAN MEMBRAN DITINJAU SECARA STRUKTUR
MORFOLOGI
University of Indonesia
TINJAUAN STRUKTUR
MORFOLOGI
SEM
AFM
EFEK MODIFIKASI PERMUKAAN PADA PERMUKAAN MEMBRAN DITINJAU SECARA STRUKTUR
MORFOLOGI
University of Indonesia
Hasil SEM (a) sebelum modifikasi membran (b) modifikasi membrane dengan larutan 80 ppm P(NIPAm-3AAc) (c) modifikasi membrane dengan larutan 200 ppm P(NIPAm-3AAc) (d) modifikasi membrane dengan larutan 500 ppm P(NIPAm-3AAc) (e) modifikasi membrane dengan larutan 1000 ppm P(NIPAm-3AAc)
EFEK MODIFIKASI PERMUKAAN PADA PERMUKAAN MEMBRAN DITINJAU SECARA STRUKTUR
MORFOLOGI
University of Indonesia
Hasil SEM (a) sebelum modifikasi membran (b) modifikasi membrane dengan larutan 80 ppm P(NIPAm-3AAc) (c) modifikasi membrane dengan larutan 200 ppm P(NIPAm-3AAc) (d) modifikasi membrane dengan larutan 500 ppm P(NIPAm-3AAc) (e) modifikasi membrane dengan larutan 1000 ppm P(NIPAm-3AAc)
EFEK MODIFIKASI PERMUKAAN PADA PERMUKAAN MEMBRAN DITINJAU SECARA STRUKTUR
MORFOLOGI
University of Indonesia
EFEK MODIFIKASI PERMUKAAN PADA PERMUKAAN MEMBRAN DITINJAU BERDASARKAN
HIDROFILITASNYA
University of Indonesia
University of Indonesia
Gambar. Kurva perubahan sudut kontak terhadap temperature lingkungan pada (a) permukaan belum termodifikasi (b) membrane terlapisi p(NIPAm-1AAc) (c) membrane terlapisi p(NIPAm-2AAc (d) membrane terlapisi p(NIPAm-3AAc ) (e) membrane terlapisi p(NIPAm-4AAc) (f) membrane terlapisi p(NIPAm-5AAc) dengan konstrasi larutan pada modfikasi membrane 80mg/l
EFEK MODIFIKASI PERMUKAAN PADA PERMUKAAN MEMBRAN DITINJAU BERDASARKAN
HIDROFILITASNYA
University of Indonesia
EFEK MODIFIKASI PERMUKAAN PADA PERMUKAAN MEMBRAN DITINJAU BERDASARKAN MUATAN
PERMUKAAN
EFFECT OF SURFACE MODIFICATION ON MEMBRANE PERMEATION PROPERTIES
PURE WATER VS SALT WATER
Permeabilitas Air Murni: Meningkat pada konsentrasi
pelapisan yang rendah Menurun pada konsentrasi
pelapisan yang tinggi (>1000 mg/l)
Kenaikan Sifat Hidrofilik pada Membrane karena Modifikasi Permukaan
Daya serap air pada permukaan membran berkurang sehingga meningkatkan permeabilitas air
Kenaikan resitansi membran pada permeat air
Adanya penambahan resistansi dari pelapisan permukaan
Pure Water
Salt Water Permeabilitas Terhadap Air
Garam (NaCl) : Menurun seiring konsentrasi
pelapisan mengalami kenaikan Besarnya kopolimerP(NIPAm-co-
AAc) yang ter deposisi pada permukaan membran mengalami kenaikan
Permeabilitas menurun dengan adanya kenaikan pada fraksi molar dari monomer Aac
Kenaikan muatan pada permukaan membran
Alasan untuk penurunan permeabilitas garam
Pemisahan senyawa ionik akan dipengaruhi dari interaksi elektrostatis antara spesi ionik permeat dan membran
Various Salt TestingpH Modified Membrane
2Kenaikan gaya tolak menolakantar
kation (Na+ and MG2+) dengan permukaan membran mempersulit
kation untuk melewati membran
9Kenaikan gaya tarik menarik antar
kation dengan permukaan membran akan mempermudah
kation untuk melewati membran
Fouling vs Cleaning
Membrane Fouling Behaviour Larutan Pengotor (fouling)
BSA 100 mg/l Nacl 500 mg/l pH 6.8 and 25oC
Flux massa dari kedua membran menurun secara kontinu sebagai efek dari fouling (modified : 45.5 / virgin : 35.5) Membuktikan bahwa deposisi
pada pelapisan permukaan membran menaikkan resistansi terhadap pengotor
Membran yang telah dimodifikasi Modified meningkatkan sifat hidrofilik dan kenaikan muatan negatif pada permukaan membran
Membrane Cleaning PropertyFlux kembali
meningkat setelah dibersihkan dengan air yang diionisasi
Penggunaan suhu yang lebih tinggi (50oC) Menghasilkan flux yang lebih tinggiModified flux : 86.5%Virgin flux : 67.5
Stability of the Modified Membrane in Long-term Running
Membran yang dimodifikasi memperlihatkan durabilitas dan performa yang stabil untuk jangka waktu yang panjang (700 jam)
Modified MembraneSalt rejection : 98.7-99%Water flux : 115-120 l/m2h
Virgin MembraneSalt rejection : 98.4Water flux : 98.4 l/m2h
Conclusion of Surface ModificationObjective
Memperbaiki properti membran yang dibuat dari sintesis kompositpolyamide thin-film composite pada membran reverse-osmosis dengan mendepostikan N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid copolymers P(NIPAm-co-AAc).
ResultKopolimer P(NIPAm-co-Aac) berhasil di depositkan pada
permukaan membranPermukaan membran termodifikasi relatif seragam dan
menunjukkan fitur yang merataModifikasi membran meningkatkan sifat hidrofilik permukaan
yang disebabkan oleh deposisi lapisan P(NIPAm-co-Aac) yang hidrofilik, memberikan properti permukaan membran yang bersifat thermo responsive.
Result (cont’) :Aplikasi dari kopolimer P(NIPAm-co-Aac)
pada lapisan permukaan meningkatkan resistansi terhadap fouling dari membran
Kondisi Optimum dari Modifikasi adalah:Surface coating material : P(NIPAm-3AAc) Coating Solution concentration : 80 mg/l
THANK YOU
U n i v e r s i t y o f I n d o n e s i a