Electronic Theses and Dissertation

Proses berbasis membran adalah teknologi yang menjanjikan dalam pengolahan air dan air limbah untuk memasok air bersih dan aman. namun, selama filtrasi membran, fenomena biofouling dan fouling organic sangat menghambat kinerja yang menyebabkan dampak merugikan secara permanen. selain itu, pembersihan kimia secara berkala tidak efektif dalam jangka panjang untuk mengatasi fouling karena melemahkan struktur membran. oleh karena itu, pengembangan bahan membran dengan kinerja anti-biofouling dan anti-fouling yang unggul merupakan salah satu cara terbaik. penelitian ini bertujuan mensintesis nanomaterial hybrid sebagai aditif membran yang bersifat hidrofilik dan anti-bakteri untuk mengurangi biofouling dan fouling organik. nanomaterial hybrid disintesis dengan metode sol-gel dan selanjutnya di-blending dengan polimer utama membran menggunakan pelarut organik. proses solidifikasi membran dari fasa liquid ke fasa padat mengaplikasikan metode non-solvent induced phase separation (nips). pada tahap pendahuluan, material hybrid berbasis bahan alam telah disintesis. ginger extract-silica nanoparticles (ge-sinps) yang merupakan satu-satunya di dunia terbukti mampu meningkatkan sifat hidrofilik membran pes dan pvdf. ditambah lagi, sifat anti-bakteri membran juga telah dibuktikan dengan adanya zona hambat bening di sekitar membran terhadap bakteri e. coli dan s. aureus. untuk menghasilkan membran dengan performa yang lebih baik, prekursor dengan sifaat hidrofilisitas dan anti-bakteri yang lebih signifikan juga telah disintensis. polyethylene glycol-silver nanoparticle (peg-agnps) dibuat dengan metode sol-gel yang sederhana untuk mengurangi biofouling dan organic fouling pada permukaan membran polietersulfon (pes). fungsionalisasi peg-agnps pada membran pes secara blending menghasilkan peningkatan kinerja yang sangat signifikan. hasil penelitian menunjukkan bahwa peg-agnps meningkatkan fluks air membran pes sebesar 5.900 % dari 2,87 l·m−2·h−1 menjadi 172,84 l·m−2·h−1. kinerja anti-biofouling dari membran murni pes yang digunakan sebagai kontrol menunjukkan flux recovery ratio (frr) hanya 1%, karena biofouling yang parah. sebaliknya, penggabungan peg-agnps dalam membran pes menurunkan bakteri hidup sebesar 98% dan meningkatkan frr anti-biofouling hingga 79%, lebih tinggi dari membran pes/peg dan pes/ag. kinerja anti-fouling membran pes/peg-agnps yang terukur dengan frr lebih tinggi 5% dibandingkan membran pes murni. pada tahap terakhir, membran diaplikasikan untuk filtrasi dan desinfeksi air sungai krueng cut, banda aceh. membran pes/peg-agnps menunjukkan hasil yang sangat memuaskan dengan penghilangan kekeruhan air sebesar 98,2 %, rejeksi zat organik 95,6 %, dan kemampuan desinfeksi bakteri sebesar 99,99%.

Membrane-based processes are a promising technology in water and wastewater treatment, to supply clean and safe water. However, during membrane filtration, biofouling and organic fouling phenomena severely impede performance causing permanent adverse effects. In addition, periodic chemical cleaning is not effective in the long term to combat fouling because it weakens the membrane structure. Therefore, the development of membrane materials with superior anti-biofouling and anti-fouling performance is one of the best ways. This study aims to synthesize hybrid nanomaterials as membrane additives that are hydrophilic and anti-bacterial to reduce biofouling and organic fouling. The hybrid nanomaterials were synthesized by the sol-gel method and then blended with the main polymer membrane using an organic solvent. The membrane solidification process from the liquid to the solid phase applies the non-solvent induced phase separation (NIPS) method. In the preliminary test, hybrid materials based on natural materials have been synthesized. Ginger extract-silica nanoparticles (GE-SiNPs), which are the only ones in the world, have been shown to improve the hydrophilic properties of PES and PVDF membranes. In addition, the membrane's anti-bacterial properties have also been demonstrated by the presence of a clear zone of inhibition around the membrane against E. coli and S. aureus bacteria. In order to produce membranes with better performance, precursors with more significant hydrophilicity and anti-bacterial properties were also synthesized. Polyethylene glycol-silver nanoparticles (PEG-AgNPs) were prepared by a simple sol-gel method to reduce biofouling and organic fouling on the surface of polyethersulfone (PES) membranes. The functionalization of PEG-AgNPs on PES membranes by blending resulted in a very significant performance increase. The results showed that PEG-AgNPs increased the water flux of PES membrane by 98% from 2.87 L·m−2·h−1 to 172.84 L·m−2·h−1. The anti-biofouling performance of the pure PES membrane used as a control showed a flux recovery ratio (FRR) of only 1%, due to severe biofouling. In contrast, incorporation of PEG-AgNPs in PES membranes decreased live bacteria by 5,900% and increased anti-biofouling FRR up to 79%, higher than PES/PEG and PES/Ag membranes. The anti-fouling performance of PES/PEG-AgNPs membranes was measured with a 5% higher FRR compared to pure PES membranes. In the last stage, membranes were applied for filtration and disinfection of Krueng Cut river water, Banda Aceh. The PES/PEG-AgNPs membrane showed very satisfactory results with the removal of water turbidity by 98.2%, organic coumpound rejection of 95.6%, and bacterial disinfection in river water ability of 99.99%.