Farid Fadhillah
Chemical Engineering Department
Al Imam Muhammad Ibn Saud Islamic University
Riyadh, KSA

Ketersediaan air bersih telah menjadi masalah global yang dihadapi oleh banyak negara. Permasalahan ini bahkan diprediksi semakin parah dalam satu dekade kedepan. Pada tahun 2004, WHO/UNICEF melaporkan sebanyak 1.1 miliar orang tidak memiliki akses ke persediaan air bersih sementara populasi yang hanya memiliki sedikit akses ke persediaan air bersih jumlahnya dua kali lipat. Dua masalah ini menyebabkan tingginya angka kematian akibat penyakit diare [1].
Ada beberapa metode yang telah dikembangkan untuk mengatasi permasalahan ketersedian air bersih, diantaranya melalui desinfeksi air, dekontaminasi air, reklamasi air dan desalinasi air. Sering kali kita jumpai masing-masing metode ini saling melengkapi satu sama lain dan sering kali ditemukan di unit pengolahan air. Meskipun demikian, hanya teknologi desalinasi sajalah yang diyakini bisa menyediakan air bersih langsung dari sumber-sumber air yang tradisional seperti air tana, air laut atau sumber-sumber air yang mengandung garam lainnya. [2]
Diantara teknologi desalinasi yang sedang naik daun dan diprediksi akan melampaui teknologi desalinasi yang konvensional adalah teknologi membrane dengan menggunakan proses osmosis balik (Reverse Osmosis (RO)). Dilaporkan pada tahun 2001 proses desalinasi dengan RO menyumbang sebesar 51% kapasitas pabrik desalinasi baru dan meningkat menjadi 75% dalam dua tahun berikutnya. [3]
Jantung proses desalinasi dengan menggunakan membran adalah membran osmosis balik itu sendiri. Dewasa ini hampir seluruh desalinasi membran menggunakan membrane yang terbuat dari sejenis polymer yang disebut polyamide yaitu sejenis nylon. Walaupun membran ini digunakan hampir diseluruh desalinasi membrane bukan berarti tidak ada masalah dengan membran ini. Beberapa permasalah mendasar seperti kesulitan dalam mengontrol ketebalan lapisan tipis dan morfologi dari permukaan membran adalah hal yang umum dijumpai dalam fabrikasi membran polyamide ini. Sementara dua parameter di atas sangat berpengaruh pada kinerja membrane terutama jika digunakan pada waktu lama. Belum lagi teknik sintesa polyamide melalui sebuah proses yang disebut polimerisasi antarmuka (interfacial polymerization) hanya bisa diterapkan pada jenis polymer yang terbatas seperti polyamide dan polycarbonate. Disamping itu penggunaan pelarut organik yang tidak ramah lingkungan tentunya membuat masalah tersendiri juga. Oleh karena itu diperlukan suatu teknik sintesa membran yang dapat mengatasi semua problematika di atas sekaligus.
Diantara teknologi film (lapisan) super tipis yang sedang naik daun adalah apa yang disebut dengan teknik “layer by layer” atau “multilayer”. Teknik ini diperkenalkan kembali oleh Decher pada tahun 1997 setelah melalui serangkaian uji coba selama 5 tahun [4]. Dengan teknik ini lapisan tipis setebal beberapa nanometer (bahkan mencapai ketebalan di bawah 1 nm) dapat dengan mudah diletakkan diatas berbagai jenis material pendukung (support layer). Sebagaimana diketahui bahwa membran RO yang komersial tersusun atas tiga lapisan, yaitu lapisan/film penguat yang terbuat dari polyester, di atasnya ada lapisan pendukung yang terbuat dari polysulfone, dan di atasnya lagi ada lapisan tipis polyamide (50-250 nm) yang bertugas untuk memisahkan air dari garam-garaman yang terkandung di dalam air [5]. Dengan susunan membran yang mirip, berbagai jenis material dapat di letakkan di atas lapisan/film pendukung (polysulfone) melalui teknik layer by layer ini.
Metode penyiapan film tipis dengan layer by layer ini cukup mudah, yang paling utama harus ada dua material sekurangnya, yang mana kedua material ini harus memiliki interaksi yang cukup kuat satu sama lain sehingga dapat diperoleh lapisan-lapisan film tipis dengan kualitas yang baik dan kuat. Jenis-jenis interaksi antar molekul seperti ikatan kovalen, van der walls, ikatan hydrogen, ikatan elektrostatis, ikatan hydrophobic dan masih banyak lagi bisa dimanfaatkan untuk menyiapkan lapisan-lapisan tipis dengan metode layer by layer. Dengan teknik ini maka akan membuka peluang ditemukannya material-material lain yang bisa jadi lebih baik dari polyamide, kemudian kemudahan dalam mengontrol ketebalan lapisan dan morfologi yang sangat halus memudahkan kita untuk mengatur karakteristik membran lapisan tipis untuk mencapai performa yang diinginkan, ditambah lagi dengan penggunaan air sebagai pelarut membuat teknik ini ramah lingkungan. Dalam proyek yang telah berjalan, kami menggunakan beberapa jenis polymer bermuatan yang dikenal dengan istilah polyelectrolyte. Lapisan tipis polyamide diganti dengan lapisan-lapisan tipis polyelectrolyte. Hasil riset kami menunjukkan beberapa pasangan polyelectrolyte menunjukkan performa yang sebanding dengan membran komersial dan stabil digunakan dalam waktu yang cukup lama. [6–8]

References:

[1] M.A. Montgomery, M. Elimelech, Water And Sanitation in Developing Countries: Including Health in the Equation, Environ. Sci. Technol. 41 (2007) 17–24. doi:10.1021/es072435t.
[2] M.A. Shannon, P.W. Bohn, M. Elimelech, J.G. Georgiadis, B.J. Marinas, A.M. Mayes, Science and technology for water purification in the coming decades, Nature. 452 (2008) 301–310. http://dx.doi.org/10.1038/nature06599.
[3] L.F. Greenlee, D.F. Lawler, B.D. Freeman, B. Marrot, P. Moulin, Reverse osmosis desalination: Water sources, technology, and today’s challenges, Water Res. 43 (2009) 2317–2348. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0043135409001547.
[4] G. Decher, Fuzzy nanoassemblies: Toward layered polymeric multicomposites, Science (80-. ). 277 (1997) 1232–1237. doi:10.1126/science.277.5330.1232.
[5] J.E. Cadotte, R.J. Petersen, R.E. Larson, E.E. Erickson, A new thin-film composite seawater reverse osmosis membrane, Desalination. 32 (1980) 25–31. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916400860038.
[6] F. Fadhillah, S.M.J. Zaidi, Z. Khan, M.M. Khaled, F. Rahman, P.T. Hammond, Development of polyelectrolyte multilayer thin film composite membrane for water desalination application, Desalination. 318 (2013) 19–24. doi:http://dx.doi.org/10.1016/j.desal.2013.03.011.
[7] F. Fadhillah, S.M. Javaid Zaidi, Z. Khan, M. Khaled, F. Rahman, P. Hammond, Development of multilayer polyelectrolyte thin-film membranes fabricated by spin assisted layer-by-layer assembly, J. Appl. Polym. Sci. 126 (2012) 1468–1474. doi:10.1002/app.36879.
[8] F. Fadhillah, S.M.J. Zaidi, Z. Khan, M.M. Khaled, P.T. Hammond, Reverse osmosis desalination membrane formed from weak polyelectrolytes by spin assisted layer by layer technique, Desalin. Water Treat. 34 (2011) 44–49. doi:10/5004/dwt.2011.2856.