Teknologi Membran Revolusioner Tingkatkan Pengolahan Limbah Cair & Efisiensi Energi

• Jenis membran baru membutuhkan tekanan yang jauh lebih rendah dari membran standar untuk menyaring partikel terpampang dari air.
• Ia bertahan 3 kali lebih lama dan menghemat energi dua kali lipat dari transmembran konvensional.

Teknik pemurnian air mengurangi konsentrasi materi tertentu seperti bakteri, jamur, virus, alga, parasit, dan partikel terpampang. Ada beberapa proses fisik, biologis, dan kimiawi, dan selama beberapa dekade terakhir, kita telah menggunakan radiasi elektromagnetik seperti cahaya UV untuk memurnikan air.

Proses penyaringan dan perawatan air — untuk minum serta aplikasi kimia dan industri — mencakup hampir 13 persen konsumsi listrik total di Amerika Serikat, yang merilis 290 juta ton metrik karbon dioksida ke atmosfer setiap tahun. Untuk memasukkan konteksnya, ini setara dengan bobot gabungan semua manusia di dunia.

Untuk memurnikan air, biasanya dilewatkan melalui membran dengan pori-pori kecil. Ukuran pori ini cukup kecil untuk menyaring kotoran atau partikel yang lebih besar dari molekul air. Karena membran ini cenderung 'aus dan robek' karena tersumbat, mereka membutuhkan tegangan lebih tinggi untuk mendorong molekul air, dan membran yang sering tersumbat perlu diganti, meningkatkan biaya pengolahan air.

Sekarang, peneliti di Harvard University telah mengembangkan jenis membran baru yang membutuhkan tekanan yang jauh lebih rendah dibandingkan membran tradisional untuk menyaring partikel terpampang dari air. Mereka menyebutnya liquid-gated membranes (LGMs). Ini dua kali lebih efisien (dalam hal konsumsi energi) dan bertahan tiga kali lebih lama dibandingkan membran yang ada.

LGMs dapat digunakan dalam berbagai pengaturan pengolahan air, mengurangi konsumsi listrik dan biaya proses industri besar, termasuk penggalangan gas dan minyak.

Bagaimana Cara Kerjanya?

Setiap membran gerak cair dilapisi dengan cairan khusus yang mengisi dan menutupi pori-pori dalam fase 'tertutup', berfungsi sebagai gerbang reversible. Ketika Anda menerapkan tekanan (untuk menyaring air), cairan dalam pori membran ditarik ke ujung-ujung, membentuk pori terbuka, yang dapat dikonfigurasi untuk membiarkan gas atau cairan tertentu melewati.

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

Ini mencegah 'aus dan robek' membran karena permukaan cairan yang licin. Dan karena LGMs mampu memisahkan bahan target dari berbagai campuran cair, ia dapat digunakan dalam pengolahan cair industri.

Tekanan Transmembran (TMP) untuk membran standar dan gated | Kredit para peneliti

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

Pengujian dan Aplikasi

Peneliti mencampur tanah liat bentonit dalam air dan melewatkannya melalui pori LGMs dengan menerapkan tekanan yang sesuai. Kemudian mereka membandingkan hasilnya dengan membran konvensional.

Membran gerak cair menunjukkan tanda aus dan robek jauh lebih lama dibandingkan konvensional: mereka secara efektif menyaring air 3 kali lebih lama dari membran yang tidak diobati sebelum perlu dilakukan proses untuk secara manual menghapus bahan yang tumpah di atas membran. Juga, mereka memiliki 60 persen lebih sedikit nanoclay yang terkumpul di membran mereka selama penyaringan.

Baca: Cara Baru untuk Menghapus Kontaminan dari Air Hujan

Untuk memulai penyaringan, LGMs membutuhkan tekanan 16 persen lebih rendah, menghemat lebih banyak energi. Ini dapat meningkatkan tingkat penyaringan mekanisme pengolahan air yang digunakan di berbagai industri, termasuk tekstil, petrokimia, manufaktur biofarmasutikal, dan pengolahan makanan dan minuman.