FABRIKASI DAN KARAKTERISASI ELEKTRODA KARBON DENGAN METODE FREEZING THAWING UNTUK SISTEM DESALINASI LARUTAN NaCl,MgCl dan KCl BERBASIS CAPACITIVE DEIONIZATION - ITS Repository

  

INTAN PERMATA SARI

NRP. 1113201008

Dosen Pembimbing

Endarko, M.Si, Ph.D. PENDAHULUAN Latar be lakang

  Kebutuhan air bersih yang meningkat sedangkan ketersediaannya menurun

  Teknologi pemurnian air laut dan air payau Desalinasi dengan metode Capasitive Deionization

  Membutuhkan daya kecil dan ramah lingkungan (J. C. Farmer,1998) Penelit ian Sebelumnya

  1. Coudle et al pada pertengahan tahun 1960 – 1970 an menggunakan elektroda berpori (serbuk karbon aktif )yang dialiri arus untuk desalinasi air garam.

  2. Park et al pada tahun 2010 dan Chia-Hung Hou et al pada tahun 2013 menggunakan elektroda karbon menggunakan binder PVA dengan metode crosslingking

  3. Vrana pada tahun 2009 menggunakan hidrogel PVA yang dibentuk dari proses Freezing/ thawing untuk membuat rekayasa jaringan lunak,

  4. Kim dan Choy pada tahun 2010 dengan menambahkan membran pada

kedua elektroda dapat meningkatkan adsorbsi garam 20 – 56 % dari v Tujuan 1.

  Membuat elektroda dengan bahan dasar karbon menggunakan binder Polyvinyl Alcohol 2.

  Mengetahui bentuk morfologi permukaan elektroda karbon dengan uji SEM EDX.

  3. Menghitung nilai kapasitansi elektroda karbon dengan uji cyclic voltam etry (CV) serta Electrical Im pedance Spectroscopy (EIS) 4.

  Menghitung penurunan nilai konduktifitas larutan NaCl, KCL dan MgCL pada sistem CDI .

  5. Meningkatkan efisiensi dengan membuat elektroda berbahan dasar karbon modifikasi dan menambahkan m em brane ion exhcahange pada sistem CDI. v

  Batasan Masalah 1.

  Laju aliran 25 ml/ s

TINJAUAN PUSTAKA

  CDI (CAPASITIVE DEIONIZATION) adalah Teknologi desalinasi yang menggunakan prinsip kerja kapasitor dalam penyerapan ion garam

  Kapasitor >> elektroda karbon berporous dihubungkan ke sumber tegangan DC Air garam dialirkan diantara dua plat elektroda ion negatif dan positif akan terpisah terikat

TINJAUAN PUSTAKA

  Bahan Penyusun Elektroda

  1. Karbon Aktif

  Karbon aktif merupakan material yang berbentuk butiran atau bubuk berasal dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan aktivasi secara kimia atau fisika sehingga memiliki luas permukaan spesifik yang mampu mengadsorbsi senyawa kimia dalam fase cair atau gas.

  2. Karbon Aktif Modifikasi

  Karbon aktif modifikasi adalah karbon yang telah mengalami modifikasi dengan dilarutkan dalam suasana asam atau basa yang bertujuan untuk meningkatkan kemampuan adsorbsi pada karbon aktif

  3. Graphit Sheet

TINJAUAN PUSTAKA

  4. PVA (Polyvinil Alkohol)

  PVA adalah Polimer hidrofilik yang dapat larut dalam air dimanfaatkan sebagai binder carbon . Dapat dibentuk menjadi hidrogel dalam kandungan air dengan metode freeze/thawing, irradiasi gamma, crosslinking kimiawi dan fotopolimerisasi

  5.Membrane Ion Exchange

  Membran Ion Exchange adalah membran penukar ion yang ditambahkan didepan elektroda karbon. counter ion akan terblok pada daerah

  M ETODOLOGI PENELITIAN v v

  Modifikasi Karbon aktif Pembuatan Elektroda

  60mL aquades Preparasi Bahan 1gr dipanaskan sampai PVA suhu 100 ° C

  10 gr Karbon aktif 100 mL Nitric Acid Distirer selama 1 jam °

  Distirer pada suhu 90 C selama 4 jam 20 gr karbon aktif (biasa/ modifikasi), distirer 20 menit Dicuci dengan aquades dan difiltasi sampai PH =7 M ETODOLOGI PENELITIAN Meningkatkan Efisiensi Pembuatan Elektroda

  1. pembuatan Elektroda karbon modifikasi +PVA karbon biasa +PVA

  2. Penambahan Membran Frezee/ thaw 3,4 dan 5 cycle

3. Penambahan jumlah elektroda dalam Cell CDI

  Pengujian Elektroda Morfologi & kandungan bahan-> SEM EDX Sifat elektrokimia -> voltametri siklik, EIS

  Pembuatan sistem CDI

  M ETODOLOGI PENELITIAN v Pembuatan Sistem Desalinasi

  Inlet Outlet Acrilic Spacer

  Elektroda Karbon Graphit Sheet conduct ivit ymet er water pum p Sum ber

  Tegangan DC

Gambar 3.1 Penyusunan cell elektroda

  M ETODOLOGI PENELITIAN v

  Pengujian Elektroda

1. SEM EDX untuk mengetahui morfologi permukaan elektroda karbon yang telah dibuat.

  2. Voltametri siklik danEIS digunakan untuk menghitung nilai spesifik kapasitansi v EIS (Electrical Im pedance Spectroscophy )

  : frekuensi anguler pada sinyal potensial AC Z’’ : adalah komponen imajiner pada spectra impedansi.

  v Vo ltam e tri siklik

  Dengan C = spesifik kapasitansi(F/ g); q _a = muatan anodic q _c = muatan katodik, v = laju potensial (v/ s)

  M ETODOLOGI PENELITIAN v

  Pengujian Sistem Desalinasi

  pada proses desalinasi dilakukan perhitungan kadar garam yang teradsorb dengan rumusan sebagai berikut (Park et al ,2007): dengan G

• 1

  f

  = konduktivitas cairan uji (ohm

  ) G

• 1

  p

  = konduktivitas produk setelah desalinasi (ohm

  )

HASIL DAN PEM BAHASAN

1. Proses pembuatan elektroda karbon

  

(a) (b) (c) (d) (e)

(f)

  (g) (h)

HASIL DAN PEM BAHASAN

1. Proses modifikasi karbon aktif

Gambar 4.3 Tahapan Modifikasi Karbon Aktif

  (a) (b) ( c) (d) (e) (f)

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Pengujian Karbon Aktif Hasil pengujian FT-IR

  v Penambahan v gugus eter (C-O) pada bilangan gelombang 1190, v gugus karbonil C=O pada bilangan gelombang 1713. v Sesuai dengan penelitian yang dilakukan oleh (Huang, 2014) .

Gambar 4.4 Hasil Uji FTIR Karbon Aktif (KA = Karbon Aktif

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Pengujian Morfologi Elektroda

  (a) (b)

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Pengujian Volametri Siklik Pengujian voltametri dilakukan pada

  sweep rate 10 mv/s dan cycle ke-10

  Nilai spesifik kapasitansi berturut-turut Tipe 3cycle = 3.06 F/g Tipe 4 cycle = 9.10 F/g Tipe 5 cycle = 0.52 F/g Tipe modif 4 cycle = 2.45 F/g

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v EIS (Electrical Im pedance Spectroscophy)

  16.0

  v nilai spesifik kapasitansi

  14.0

  terbesar yang terukur

  12.0

  sebesar 13,5 F/g pada

  /g)

  10.0

  frekuensi 0.01 Hz

  F ( si

  8.0 n a it

  v Nilai spesifik kapasitasnsi

  6.0 as p

  menurun seiring dengan

  a

4.0 K

  bertambahnya frekuensi

  2.0

  dan konstan pada frekuensi

  0.0

  tinggi,

• -2.0

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Pe rancangan dan Pe nyusunan siste m CDI

  Cell CDI Probe sensor ^{Power Supplay} _{konduktifitimet er} (a) (b)

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Hasil De salinasi

  Tipe Siklus % pe ngurangan 3 cycle 2 49,16% 4 cycle

  3 54,3% 5 cycle 3 41,38

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Hasil De salinasi

  Tipe Siklus % pe ngurangan 3 cycle 3 56,4% 4 cycle

  1 64,1% 5 cycle 3 61,4% v Li Min Cang , 2014. penyerapan terbaik pada siklus pertama dan menurun pada siklus

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Hasil De salinasi

  Tipe Siklus % pe ngurangan 3 cycle 2 40,41% 4 cycle

  2 54,47% 5 cycle 2 38,73%

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Hasil De salinasi

  Je nis Garam % pe ngurangan KCl 64,1% NaCl 54,3%

  MgCl 53,4%

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Hasil De salinasi

  Tipe Siklus % pe ngurangan Modifikasi 2 51,9% Tanpa

  3 54,3% modifikasi

HASIL DAN PEM BAHASAN

  Tipe Siklus % pe ngurangan Membran 3 66,36% Tanpa membran 3 54,3%

  v Hasil De salinasi

• Hasil penelitian sesuai dengan penelitian kim dan choy tahun 2010

HASIL DAN PEM BAHASAN

  v Hasil De salinasi

  Tipe Siklus % pe ngurangan 5 pasang 3 73,5% elektroda

  10 pasang 3 54,3% elektroda

KESIM PULAN

  v

  Pembuatan elektroda dengan binder PVA menggunakan karbon aktif dan karbon aktif modifikasi dengan metode freezing thawing dilakukan dengan variasi 3, 4 dan 5 cycle Telah berhasil dibuat.Pengujian FTIR setelah dimodifikasi terdapat penambahan gugus fungsi karboksilat, eter dan karbonil.

  v Hasil pengujian SEM EDX menunjukkan proses gelasi dapat membentuk porus pada

  elektroda dengan peningkatan gugus Oksigen 25% setelah dimodifikasi namun ukuran porus pada elektroda modifikasi terlihat lebih kecil

  v

  Pada uji elektrokimia dapat disimpulkan kapasitansi elektroda terbesar dimiliki oleh elktroda tipe 4 cycle sebesar 13.4% pada pengujian EIS

  

v Hasil desalinasi pada sistem CDI mampu mengurangi kadar garam NaCl, KCl dan MgCl

  dan hasil terbaik ditunjukkan oleh lektroda tipe 4 cycle. Hasil desalinasi pada modifikasi

DAFTAR PUSTAKA

  Anderson, M.A., Cudero, A.L., Palma, J., (2010). Capacitive deionization as an electrochemical means of saving energy and delivering clean water. Comparison to present desalination practices.Electrochim ica Acta 55, 3845– 3856. doi:10.1016/ j.electacta.2010.02.012 Chang, L.M., Duan, X.Y., Liu, W., (2011). Preparation and electrosorption desalination performance of activated carbon electrode with titania. Desalination 270, 285–290. doi:10.1016/ j.desal.2011.01.008 Gilar S, yulianto, R., 2013. Pembuatan Karbon Aktif Dari Arang TempurungKelapa Dengan Aktivator ZnCl2

danNa2CO3 Sebagai Adsorben Untuk Mengurangi Kadar Fenol Dalam Air Limbah. Inst. Teknol. Sepuluh Nop.

2, 2301–9721. Gileadi, E., 2011. Physical Electrochemistry Fundamental, Techniques and Application. WILEY-VCH Verlag GmbH & Co.KGaA, israel.

Gokce, Y., Aktas, Z., 2014. Nitric acid modification of activated carbon produced from waste tea and adsorption of

methylene blue and phenol. Appl. Surf. Sci. 313, 352–359. doi:10.1016/ j.apsusc.2014.05.214 Hou, C.-H., Liu, N.-L., Hsu, H.-L., Den, W., 2014. Development of multi-walled carbon nanotube/ poly(vinyl alcohol) composite as electrode for capacitive deionization. Sep. Purif. Technol. 130, 7–14. doi:10.1016/ j.seppur.2014.04.004 Huang, W., Zhang, Y., Bao, S., Cruz, R., Song, S., 2014. Desalination by capacitive deionization process using nitric acid-modified activated carbon as the electrodes. Desalination 340, 67–72. doi:10.1016/ j.desal.2014.02.012 Jia, B., Zou, L., 2012a. Wettability and its influence on graphene nansoheets as electrode material for capacitive deionization. Chem. Phys. Lett. 548, 23–28. doi:10.1016/ j.cplett.2012.06.016