Membran ultrafiltrasi berbentuk tabung adalah proses utama dalam mengubah bahan baku polimer atau keramik menjadi elemen membran pemisah dengan kinerja pemisahan spesifik, kekuatan mekanik, dan struktur stabil melalui proses fisikokimia yang presisi. Proses ini dapat diringkas sebagai: persiapan bahan baku → persiapan pendukung → pembentukan lapisan pemisahan → pencetakan dan pengawetan → pasca-pemrosesan dan pengujian → enkapsulasi modul.
Persiapan Bahan Baku dan Persiapan Larutan Membran Langkah pertama dalam produksi adalah memilih bahan membran yang sesuai berdasarkan indikator seperti batas berat molekul target, suhu dan ketahanan korosi, serta kekuatan mekanik. Bahan membran organik yang umum termasuk polietersulfon (PES), polivinilidena fluorida (PVDF), dan polipropilen (PP); membran anorganik terutama terdiri dari alumina (Al₂O₃), zirkonium oksida (ZrO₂), dan titanium dioksida (TiO₂).
Setelah memilih material, larutan pengecoran perlu disiapkan secara tepat. Misalnya PES atau PVDF, bahan-bahan tersebut biasanya dicampur dengan pelarut (seperti N,N-dimetilasetamida, DMAC) dan bahan tambahan (seperti polivinilpirolidon, PVP) dengan rasio massa tertentu (misalnya, polimer 10-35%, bahan tambahan 1-20%, pelarut 50-89%). Campuran diaduk pada suhu 50-90 derajat selama 12-48 jam untuk memastikan pembubaran sempurna, diikuti dengan penyaringan dan degassing untuk membentuk larutan pengecoran yang homogen dan stabil.
Persiapan Penopang (Tabung Dasar): Untuk mendukung lapisan pemisah yang rapuh dan memastikan fluks, tabung pendukung berpori harus disiapkan terlebih dahulu. Ada dua proses utama:
• Tabung Pendukung Organik: Pita perekat kain bukan tenunan seperti poliester dan polietilen dililitkan secara spiral ke tabung pusat logam pada mesin penggulung tabung otomatis. Penguatan dicapai melalui perekat lelehan panas dan pengelasan ultrasonik, membentuk tabung pendukung dengan lapisan komposit kain non-anyaman bagian dalam dan luar.
• Tabung Pendukung Anorganik: Terbuat dari bubuk keramik seperti alumina dan zirkonium oksida, tabung ini dibuat sebagai bubur, diekstrusi, dikeringkan, dan kemudian disinter pada suhu tinggi untuk membentuk tabung keramik berkekuatan tinggi dengan struktur berpori.
• Formasi Lapisan Pemisahan: Lapisan pemisah merupakan faktor inti yang menentukan kinerja membran. Proses pembentukannya dibagi menjadi dua kategori: inversi fase basah dan pelapisan komposit.
1. Inversi Fase Basah (Proses Arus Utama): Proses ini banyak digunakan pada membran ultrafiltrasi tubular organik. Larutan pengecoran yang telah disiapkan dilapisi secara merata pada dinding bagian dalam atau luar tabung pendukung, yang kemudian direndam dalam bak koagulasi (biasanya air). Pemisahan fase terjadi antara larutan membran dan wadah koagulasi, dengan pertukaran pelarut dan non-pelarut, membentuk lapisan pemisahan ultra tipis dengan struktur asimetris pada permukaan pendukung. Dengan mengontrol formulasi larutan pengecoran, suhu, waktu gelasi, dan sudut masuk air dari tabung pendukung, ukuran pori dan fluks membran dapat dikontrol secara tepat.
2. Lapisan Komposit: Untuk meningkatkan sifat antifouling membran atau mencapai fungsi pemisahan khusus, lapisan komposit sering kali dibuat pada permukaan penyangga berpori. Misalnya, melapisi dinding bagian dalam tabung pendukung PVDF dengan lapisan PDA hidrofilik (dopamin) dan kemudian mendepositkan lembaran nano GO (graphene oxide) dapat menghasilkan membran nanofiltrasi komposit-fluks,-penolakan-tingkat tinggi. Membran keramik sering kali menggunakan proses pelapisan sol-gel berlapis-lapis, yang secara berurutan mendepositkan nanosol alumina, boehmite, dan titanium dioksida pada penyangga berpori-kasar, yang secara bertahap mengurangi ukuran pori dari tingkat mikrometer ke tingkat ultrafiltrasi (<100 nm).
Pembentukan, Penyembuhan, dan Pasca{0}}pengobatan
Setelah pelapisan, membran perlu dibentuk dan disembuhkan. Tabung membran organik didinginkan dan diawetkan, kemudian dipotong sesuai panjang standar sesuai kebutuhan. Untuk meningkatkan fleksibilitas dan ketahanan lipatan, terkadang produk direndam dalam larutan pelembab seperti gliserin. Membran keramik memerlukan pengeringan dan sintering suhu tinggi-untuk memastikan ikatan yang kuat antara lapisan pemisah dan penyangga, sehingga membentuk struktur pori hierarki yang stabil.
Inspeksi dan Kontrol Kualitas
Setiap batch produk menjalani pemeriksaan kualitas yang ketat untuk memastikan kinerja memenuhi standar. Indikator utamanya meliputi:
• Kinerja dasar: Fluks air murni pada tekanan standar (misalnya 0,1-0,25 MPa). • Kinerja Pemisahan: Tingkat retensi zat standar dengan berat molekul tertentu (seperti PEG, BSA) untuk menentukan batas berat molekul.
• Sifat Fisik: Penampilan, dimensi, ketebalan dinding, kekuatan mekanik, dan ketahanan tekanan.
Enkapsulasi Modul: Tabung membran yang diuji akan dienkapsulasi untuk membentuk modul membran tubular akhir. Proses enkapsulasi meliputi:
1. Penyegelan Ujung: Panaskan-pencairan atau pengikatan tutup ujung ke kedua ujung tabung membran untuk membentuk rongga tertutup.
2. Bundling: Memasukkan beberapa tabung membran ke dalam wadah tahan tekanan sesuai dengan persyaratan desain, dan memasang port masuk/keluar, konektor, dan komponen lainnya.
3. Inspeksi Akhir: Melakukan uji kedap udara dan tekanan secara keseluruhan pada modul yang dienkapsulasi. Setelah memenuhi syarat, produk tersebut dapat disimpan sebagai produk standar atau dikirim untuk digunakan.
