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