Teknologi Filtrasi Baru Meningkatkan Pemurnian Air Limbah, Membuatnya Hemat Energi

• Jenis membran baru membutuhkan tekanan yang jauh lebih rendah daripada membran standar untuk menyaring partikel tersuspensi dari air.
• Ini bertahan 3 kali lebih lama dan menghemat energi dua kali lebih banyak daripada transmembran konvensional.

Teknik pemurnian air menurunkan konsentrasi bahan tertentu seperti bakteri, jamur, virus, ganggang, parasit, dan partikel tersuspensi. Ada beberapa proses fisik, biologi, dan kimia, dan selama beberapa dekade terakhir, kita telah menggunakan radiasi elektromagnetik seperti sinar UV untuk memurnikan air.

Proses penyaringan dan pengolahan air — untuk aplikasi minum dan kimia serta industri — menyumbang hampir 13% dari total konsumsi listrik di Amerika Serikat, yang melepaskan 290 juta metrik ton karbon dioksida ke atmosfer setiap tahun. Singkatnya, ini setara dengan berat gabungan semua manusia di dunia.

Untuk memurnikan air, biasanya melewati membran dengan pori-pori kecil. Ukuran pori-pori ini cukup kecil untuk menyaring kotoran atau partikel yang lebih besar dari molekul air. Karena membran ini cenderung 'aus dan sobek' karena penyumbatan, membran ini memerlukan voltase yang lebih tinggi untuk mendorong molekul air, dan sering kali membran yang tersumbat perlu diganti, sehingga meningkatkan biaya pengolahan air.

Sekarang, para peneliti di Universitas Harvard telah mengembangkan jenis membran baru yang membutuhkan tekanan jauh lebih rendah daripada membran tradisional untuk menyaring partikel tersuspensi dari air. Mereka menyebutnya sebagai membran berpintu cair (LGM). Ini dua kali lebih efisien (dalam hal konsumsi energi) dan bertahan tiga kali lebih lama dari membran yang ada.

LGM dapat digunakan dalam berbagai pengaturan pemrosesan air, mengurangi konsumsi listrik dan biaya proses industri besar, termasuk pengeboran gas dan minyak.

Bagaimana Cara Kerjanya?

Setiap membran berpintu cairan dilapisi dengan cairan khusus yang mengisi dan menutup pori-pori dalam fase 'tertutup', yang berfungsi sebagai gerbang reversibel. Saat Anda menerapkan tekanan (untuk menyaring air), cairan di dalam pori-pori membran terseret ke arah ujungnya, membentuk pori-pori terbuka, yang dapat dikonfigurasi untuk membiarkan gas atau cairan tertentu melewatinya.

Referensi:AIP | doi:10.1063/1.5047480 | Universitas Harvard 

Ini mencegah 'keausan' membran karena permukaan cairan yang licin. Dan karena LGMs mampu memisahkan zat target dari campuran cairan yang berbeda, itu dapat digunakan dalam pemrosesan cairan industri.

Tekanan transmembran (TMP) untuk membran standar dan gerbang | Atas perkenan peneliti 

Untuk membuat LGM, para peneliti memasukkan cakram kecil (25 milimeter) dari membran filter konvensional dengan pelumas cair khusus, perfluoropolyether, yang telah digunakan dalam industri penerbangan selama lebih dari 3 dekade.

Pengujian dan Aplikasi

Para peneliti mencampurkan lempung bentonit dalam air dan melewatkannya melalui pori-pori LGM dengan menerapkan tekanan yang sesuai. Kemudian mereka membandingkan hasilnya dengan membran konvensional.

Selaput gerbang cair menunjukkan tanda-tanda keausan jauh lebih lambat daripada yang konvensional:mereka secara efektif menyaring air 3 kali lebih lama daripada membran yang tidak diolah sebelum memerlukan proses untuk menghilangkan zat yang menumpuk di membran secara manual. Selain itu, nanoclay yang terkumpul di membran mereka 60% lebih sedikit selama filtrasi.

Baca:Cara Baru Menghilangkan Kontaminan Dari Air Badai

Untuk memulai filtrasi, LGM membutuhkan tekanan 16% lebih sedikit, menghemat lebih banyak energi. Hal ini dapat meningkatkan laju filtrasi mekanisme pengolahan air yang digunakan di berbagai industri, termasuk tekstil, petrokimia, manufaktur biofarmasi, serta pemrosesan makanan dan minuman.