Language
Country/Area
No result found
Rahasia teknologi membran: Bagaimana mengubah aliran air melalui transpor selektif?
Dengan meningkatnya permintaan global akan sumber daya air bersih, teknologi membran telah menjadi metode penting untuk memecahkan masalah sumber daya air. Di antara semuanya, polarisasi konsentrasi merupakan konsep utama, terutama dalam bidang elektrokimia dan ilmu membran. Artikel ini akan memberikan pandangan mendalam tentang bagaimana polarisasi konsentrasi memengaruhi proses pemisahan membran dan bagaimana ia mengubah aliran air.
Pentingnya polarisasi konsentrasi dalam elektrokimia
Dalam elektrokimia, polarisasi konsentrasi mengacu pada perubahan konsentrasi elektrolit yang disebabkan oleh aliran arus listrik melalui antarmuka elektroda/larutan. Fenomena ini menyebabkan polarisasi sel elektrokimia dan menggeser perbedaan potensial elektrokimianya dari kesetimbangan. Efek dari pergeseran ini disebabkan oleh perbedaan antara reaksi elektroda dan kecepatan migrasi ion dalam larutan.
Ketika terjadi kekurangan zat kimia yang terlibat dalam reaksi elektroda, konsentrasi zat tersebut turun, karena difusi terjadi untuk menjaga keseimbangan antara konsumsi dan pasokan.
Polarisasi konsentrasi dalam ilmu membran
Dalam ilmu dan teknologi membran, polarisasi konsentrasi mengacu pada gradien konsentrasi yang dihasilkan pada antarmuka membran/larutan karena perpindahan selektif beberapa spesies melalui membran. Fenomena ini melekat pada proses pemisahan membran, terutama karena kemampuan membran untuk secara selektif mengangkut zat-zat tertentu.
Dalam proses pemisahan seperti pemisahan gas, distilasi membran, reverse osmosis, nanofiltrasi dan mikrofiltrasi, profil konsentrasi menunjukkan bahwa konsentrasi zat terlarut lebih tinggi pada permukaan hulu membran, sedangkan konsentrasinya relatif lebih rendah di hilir membran.
Misalnya, ketika gaya pendorong eksternal bekerja pada sistem kesetimbangan awal, permeabilitas selektif membran akan menyebabkan konsentrasi zat di hulu membran menurun, sementara itu akan meningkat relatif di hilir. Munculnya gradien konsentrasi ini akan memicu fluks difusi tambahan, yang pada akhirnya menyebabkan sistem mencapai keadaan stabil.
Dampak dan tantangan polarisasi konsentrasi
Polarisasi konsentrasi memiliki dampak yang kuat pada kinerja proses pemisahan. Perubahan konsentrasi dalam larutan mengurangi gaya dorong di dalam membran, sehingga mengurangi laju pemisahan yang efektif. Selama penggerak tekanan, hal ini menyebabkan peningkatan gradien tekanan osmotik, yang selanjutnya mengurangi gradien tekanan penggerak bersih.
Selain itu, polarisasi konsentrasi dapat menyebabkan peningkatan kebocoran garam dan peningkatan risiko kerak/pengotoran, yang membahayakan selektivitas dan umur membran.
Strategi untuk menangani polarisasi konsentrasi
Untuk mengurangi dampak polarisasi konsentrasi, laju aliran larutan di antara membran dan penggunaan spacer yang meningkatkan turbulensi biasanya ditingkatkan. Teknik-teknik ini dapat meningkatkan keadaan pencampuran larutan dan mengurangi ketebalan lapisan batas difusi, suatu wilayah di mana konsentrasi di dekat elektroda atau membran berbeda dari nilainya dalam cairan.
Pencampuran lebih lanjut dapat diperoleh dengan menerapkan tegangan yang lebih tinggi selama elektrodeionisasi, karena fenomena konveksi yang disebabkan oleh arus terjadi dalam aliran. Fenomena ini, yang disebut elektrokonveksi, melibatkan pengangkutan volume yang disebabkan dalam larutan bermuatan ketika medan listrik diterapkan.
Jembatan antara teknologi membran dan perangkat mikrofluida
Ada hubungan erat antara ilmu membran dan mikrofluida. Terinspirasi oleh perangkat mikrofluida, banyak desain perangkat elektromembran baru telah muncul untuk menghilangkan garam dalam air dalam rentang arus yang sangat terbatas. Hal ini mendorong inovasi dalam aplikasi teknologi dan memberikan ide-ide baru untuk memecahkan masalah sumber daya air.
Untuk berhasil mengatasi tantangan sumber daya air global, bagaimana teknologi membran akan lebih berkembang dan berinovasi?
