Mulyono Daryoko ISSN 0216 -3128 39
+2 P ADA DEKONT AMINASI ELEK- PEMBANGKIT AN Ag
TROKIMIA
Mulyono Daryoko
Pusat Pengembangan Pengelolaan Radio Aktif Batan, Jakarta.
ABSTRAK
PEMBANGKITAN Ag+2 PADA DEKONTAMINASI ELEKTROKIMIA. Telah dilakukan penelitian untuk mempelajari pembangkitan Ag+2 pada dekontaminasi elektrokimia. Pembangkitan Ag+2 dilakukan pada sel elektrolisis elektroda Pt-Pt dengan larutan "anolyte" 4M HNOjO,5M AgNOj dan larutan "catolyte" 13M HNOj. Perubah yang dipelajari pada- penelitian ini adalah arus elektrolisis dan suhu. Arus elektrolisis divariasi pada 3A, 5A dan IDA dengan suhu dan kecepatan pengadukan dibuat tetap. masing-masing 25°C dan 1000 rpm. Suhu divariasi pada 10°C, 15°C dan 25°C, dengan arus elektrolisis dan kecepatan pengadukan diblwt tetap. Lama elektrolisis masing-masing percobaan adalah 90 menit. Dari penelitian ini
didapat kesimpulan bahwa kenaikan kecepatan pembangkitan Ag+2 terhadap kenaikan arus elektrolisis tidak linier dan kecepatan pembangkitan Ag+2 akan selnakin berkurang dengan kenaikan temperatur. Ag+2 yang dibangkitkan dapat mencapai 0,01704 moVI pada arus elektrolisis 5A. SUIUl 10°C dan waktu elektrolisis 30 menit
ABSTRACT
THE Ag+2 ELECTROGENERATION IN THE ELECTROCHEMICAL DECONTAMINATION. The Ag+2
electrogeneration rate in the electrochemical decontamination have been investigated. The experiment used Pt-Pt electrochelllical oxidation cell, solution of 4M HNO;o.5M AgNOj as anolyte, and solution of 13M HNOj as catoi)'te. The parameter investigated were electrolysis current and temperature. The electrolysis current conditioning were varied at 3A, 5A and IDA, were the stirring speed and temperature were Illaintained at 1000 rpm and 25°C respectively. Afterwards the dependency of the temperature was examined at 10, 15 and 25 °C, in the electrolysis current and the stirring speed at IDA and 1000 rpm. The results shows increasing of electrogeneration rate to the current electrolysis is not linier, and the electrogeneration rate of Ag+2 decrease with an increasing of temperature. The electrogeneration rate of Ag+2 is 0.001704 molll at the electrolysis current 5A, temperature of 10°C and the electrolysis time at 30 minutes.
PENDAHULUAN
T eknik elektrokimia telah digunakan secara konvensional dibidang pengolahan limbah sejak tahun 1950, sedangkan penggunaan secara profesional baru dimulai semenjak beberapa tahun terakhir ini, terutama setelah ditemukannya beberapa bahan elektroda, bahan membran serta inovasi-inovasi metode teknik kimia. Keuntungan- keuntungan yang diperoleh daTi teknik ini adalah limbah sekunder yang terjadi relatif kecil, dapat dioperasikan pacta temperatur rendah, cocok dikembangkan dengan menggunakan proses alir dan dapat divariasikan pacta kisaran pH yang besar (0 sId 14)11).
atau menghilangkan radionuklida pacta bahan yang terkontaminasi, baik untuk tujuan pemakaian kembali maupun untuk dilimbahkan. Teknik elektrokimia untuk dekontaminasi ini dapat dilaksanakan dengan metode oksidasi secara langsung dan secara tidak langsung. Yang dimaksud secara langsung ialah apabila limbah yang dioksidasi, langsung diberlakukan sebagai
salah satu elektroda (disebut "electropolishing"), sedangkan disebut secara tidak langsung, jika pada oksidasi ini menggunakan media sebagai katalisatot2,3).
Beberapa mediator yang telah sukses diterapkan pada teknik ini adalah perak, cobalt dan cerium, dengan potensial oksidasi (di dalam 4M
HNO3) seperti berikur2,3,4) : Teknik elektrokimia didasarkan pada
perpindahan elektron yang dikendalikan oleh perbedaan potensial listrik. Pada elektrode positif (anode) terjadi reaksi oksidasi dan pada elektrode negatif (katode) terjadi reaksi reduksi. Teknik elektrokimia ini dapat diaplikasikan untuk pengolahan limbah, termasuk limbah radioaktif dan untuk dekontaminasi. Dekontaminasi merupakan bagian dari pengolahan limbah radioaktif yang dimaksudkan sebagai teknik untuk mengurangi
Ce+3 ~ Ce+4 + e- Eo = 1,61 V (1
Eo = 1,82 V
Eo = 1,98 V
(2)
(3)
Co+2 ~ CO+3 + e.
~ Ag+2 + e"
Ag+
Prosldlng pertemuan dan presentasilimiah Penelltlan Dasar IImu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl2002
tersebut dilengkapi juga dengan lubang untuk mengambil sampel.
Pemakaian media perak yang mempunyai potensial oksidasi paling tinggi sudah tentu adalah yang paling efektif dibandingkan dengan media yang lain.
Pada oksidasi elektrokimia dengan media perak clan pengembannya asam nitrat, Ag+2 akan dibangkitkan oleh reaksi elektrolisis di anode melalui reaksi perpindahan elektron sebagai
berikur2,3.4,S) :
Metode
Setelah "anolyte" daD "katolyte" diisikan ke dalam kompartimen anode daD kompartimen katode, untuk mempelajari pengaruh arus elektrolisis, sel dibangkitkan dengan arus yang divariasi 3A, SA daD lOA, sedangkan suhu daD kecepatan pengadukan dibuat tetap pacta 2Soc daD 1000 rpm. Suhu "anolyte" dijaga dengan alat penukar panas. Untuk mempelajari pengaruh suhu, suhu divariasi pacta 10°C, ISoC daD 2Soc, sedangkan arus elektrolisis daD kecepatan pengadukan masiny-masing SA daD 1000 rpm.
Terbentuknya Ag+ ditandai dengan perubahan warn a dari jemih menjadi hitam. Secara periodik sampel "anolyte" diambil melalui lubang sampel, dan kandungan Ag+2 dianalisis dengan cara titrasi.
Ag+~ Ag+2+e"
(anode)
4)2W + NO3"+ e"-.+ NO2+ H2O
(katode) (5)
4H+ + NO3- + 3e- -+ NOx + 2HzO (katode) (6) Pacta dekontaminasi elektrokimia, Ag+2 di dalam
"anolyte" akan mengoksidasi bahan-bahan yang didekontaminasi. Sebagai contoh Ag+2 akan
mengoksidasi PUO2 menjadi PU+2 ion yang larut.
2Ag+ ~ 2 Ag+2 + 2e' (anode) (7) PUO2(S) + Ag+2 ~ PUO2+ + Ag+ (8) PUO2+ + Ag+2 ~ PUO2+2 + Ag+ (9) PuOis) ~ PUO2+2 + 2 e- (10)
Oleh karena itu seberapa jauh terbentuknya Ag+2 perlu dipelajari secara saksama, sebab langkah ini akan sangat menentukan untuk oksidasi terhadap bahan yang akan didekontaminasi.
Kecepatan terjadinya Ag+2 tergantung pada besarnya arus elektrolisis, suhu "anolyte",
kecepatan difusi Ag+2 ke elektroda, jenis dan konsentrasi larutan yang terdapat pada anoda dan katoda dan disain daTi alat elektrolisis tersebu(I,6).
Pada penelitian ini akan dipelajari pengaruh perubahan arus elektrolisis dan suhu "anolyte"
terhadap pembangkitan Ag+2.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil-hasil penelitian ini dapat dilihat pada gambar 2 dan gambar 3. Pada gambar 2 dapat dilihat bahwa pengaruh perubahan arus elektrolisis akan signifikan sampai dengan waktu 30 menit.
Namun pengaruh tersebut kelihatan tidak linier.
Mestinya pada perubahan arus elektrolisis 3A maenjadi SA pada waktu elektrolisis 30 menit, bilamana terjadinya secara linier akan didapatkan Ag+2 yang semula sekitar 0,0058 moVl pada arus elektrolisis 3A akan menjadi 0,0096 moVl pada arus SA, tetapi kenyataannya seperti terlihat pacta gambar hanya sekitar O,OO78mol/l. lni menunjukkan bahwa efisiensi arus yang terjadi akan semakin berkurang. Efisiensi arus adalah perbandingan antara ion-ion yang dihasilkan dari percobaan (dalam hat ini Ag+1 dibandingkan dengan ion-ion dari perhitungan teoritis. Secara teoritis masa ion dapat dihitung sbb.(7) :
TATA KERJA M = Q(Nn)( i/F),
Peralatan dan bahan
Alat utama yang dipakai adalah sel elektrokimia yang terbuat daTi gelas dan teflon seperti terlihat pada gambar 1. Sel tersebut dibagi menjadi kompartimen anode dan kompartimen katode yang dibatasi dengan suatu menbran, dan
dilengkapi dengan anode dan katode platinum dan teflon pengaduk. Sel tersebut diisi dengan
"anolyte" 4M HNO3/0.5 M AgNO3 dan "catholytc"
13M HNO3. Larutan "anolyte" di dalam kompartimen anode diukur dengan termometer dan dikontrol dengan sistem penukar panas. Pada alal
dimana
M == masa yang dinyatakan dalam gram Q == jumlah listrik, coulomb
Nn == mas a ekivalen A == masa atom
n == perubahan dalam bilangan oksidasi F == Farady, 96500 coulomb
Berdasarkan perhitungan terse but tern,yata terjadi perubahan efisiensi arus elektrolisis yaitu dari 10,37% pada arus elektrolisis 3A menjadi 8,40% pada arus elektrolisis SA. Perubahan efisiensi arus ini akan lebih drastis lagi pada
perubahan arus dari 5A menjadi !OA, yaitu dari 8,40% menjadi 4,40%. Penurunan efisiensi arus elektrolisis ini disebabkan karena keterbatasan disain alat yang dipakai.
Pacta gambar 2 dapat dilihat juga bahwa pacta waktu kurang lebih 30 menit sudah akan didapat keseimbangan antara terjadinya Ag+2 dengan Ag+.
Dari basil-basil di alas penggunaan efisiensi arus 5A direkomendasikan pacta percobaan- percobaan selanjutnya.
~~4~ Gambar 3. Pengaruh temperatur terhadap pem
bangkitan Ag+z
rnn~.I
, ft kato,
Penga;I duk !
~
till"enga
..
~em
~-ran
'.
..
-..
~asui
~ rh"lnlvl"
>"<:::
Anol
Untuk parameter suhu, hasil-hasil yang didapat dari penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3. Parameter ini perlu diteliti sebab bersamaan dengan reaksi pembentukan Ag+2 terjadi pula reaksi an tara Ag+2 dengan air membentuk
kembali Ag+ seperti pada reaksi berikur5) :
4 Ag+2 + 2 H2O~ 4 Ag+ + O2 + 4 H+ (11)
Jika dianggap reaksi ini order 2, maka mekanisme reaksinya sebagai berikut:
2 Ag+2 ~ Ag+ + Ag+3 (12)
Ag+3 + H2O ~ AgO- + 2 H+ (13) AgO- + H2O -+ Ag+ + H2O2 (14) Ag+2 + H2O2 ~ Ag+ + 02H- + H+ (15) Ag+2 + 02H- -+ Ag+ + H+ + O2 (16) Gambar 1. Alat Elektrokimia
-d{Ag+2}/dt = kll{Ag+12 (17)
Apabila reaksi dianggap reaksi order 1 mekanismenya sbb.:
(18) (19) (20)
(22)
(23) (24) Gambar 2. Pengaruh arus elektrolisis terhadap kec.Pembangkitan Ag+2
AgN03+ + H2O ~ AgON03+ + 2H+
AgON03+ + H2O ~ Ag+ + OH++OH-+N03- H+ + OH- ~ H2O
AgN03+ ~ Ag+ + N03-
NO)" + H2O ~ H+ +.NO)" +OH- AgN03+ + H2O ~ Ag++ OH" + H++ N03- 20H" ~ H2O2
AgN03+ + H2O2 ~ Ag+ + 02H- + H+ + NO:
AgN03+ + 02H- ~ Ag+ + O2 +H++NO;
(26)
Prosldlng pertemuan dan presentasilimiah Penelltlan Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nukllr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
Kecepatan reaksinya,
.d{Ag+2}!dt = klI{Ag+2:(27)
Seperti terlihat pada reaksi ( 4) dan dengan persamaan reaksi (17) atau (27), dimanak = Ae-EalRT
(28)
Kecepatan pembangkitan Ag +2 akan semakin bertambah, dengan kenaikan arus elektrolisis, namun kenaikannya tidak linier. Hal ini disebabkan karena keterbatasan disain alat elektrolisis tersebut.
Kecepatan pembangkitan Ag+2 akan semakin berkurang dengan kenaikan temperatur. Hal ini disebabkan pengaruh temperatur terhadap reaksi antara Ag+2 dengan air lebih kuat
dibandingkan dengan rengaruhnya terhadap
reaksi terbentuknya Ag+ .Ag+2 yang dibangkitkan dapat mencapai 0,01704 mol/l pacta arus elektrolisis 5A, temperatur 10°C, kecepatan pengadukan 1000 rpm dan waktu elektrolisis 10 menit.
maka kenaikan temperatur mestinya juga akan memperbesar kecepatan terjadinya Ag+2, tetapi seperti yang terjadi pacta reaksi (II) bahwa Ag+2 yang terjadi dengan air akan berubah kembali
menjadi Ag+ , maka seperti terlihat pacta gambar 3 pacta waktu kurang lebih 30 menit juga sudah akan didapat keseimbangan antara terjadinya Ag+2 dengan reaksinya kembali menjadi Ag+.
Pacta gambar 3 memperlihatkan juga bahwa dari sisi termodinamika semakin rendah suhu larutan anode maka Ag+2 yang terjadi akan semakin besar. lni menunjukkan bahwa pengaruh suhu terhadap harga tetapan keseimbangan, k pacta reaksi (11) lebih berfluktuatif dibandingkan dengan pengaruhnya terhadap reaksi (4). Sayang, persamaan-persamaan atau data-data yang berhubungan dengan pengaruh temperatur terhadap harga k ini belum diketahui secara lengkap. Dan pus taka hanya diinformasikan bahwa reaksi order 2 terjadi bilamana konsentrasi Ag +2 > 1.1 0-4 moln, konsentrasi HNO3 2,0 sId 6,18 mom dan temperatur 25°C. Sedangkan harga k pacta konsentrasi Ag+2 8,33 sid 8,50 moln dan konsentrasi HNO3 6,13 sid 6,17 moVI yaitu 1,78 morI13detik-l. Order 1 terjadi jika konsentrasi Ag+2
<1.10-4 moln- Pacta kondisi yang sarna dengan yang disebutkan sebelumnya, maka harga k = 2,38.10-4 detik-I(S).
Gambar 4. Temperatur optimum
Seperti terlihat pacta gambar 3, dari penelitian ini Ag+2 yang dibangkitkan dapat mencapai 0,01074 mol/1 pada temperatur 10°C dan waktu elektrolisa 30 menit. Meskipun demikian pacta aplikasinya temperatur operasi yang dipilih harus dipertimbangkan dari kemudahan- kemudahan pelaksanaannya. Disamping itu perlu diingat pula bahwa pacta pelaksanaan dekontaminasi. semakin tinggi temperatur akan dihasilkan faktor dekontaminasi yang semakin tinggi. Oleh karena itu biasanya akan dipilih temperatur yang paling optimal. Gambaran sederhana, seperti terlihat pad a pacta gambar 4.
DAFTARPUSTAKA
1. SUKIGAWA, S., UMEDA. M., "Alpha Bearing Waste Treatment by Electrochemical Oxidation Technique", Safewaste 2000 (2000).
2. RYAN, J. L., BRAY, L. A., WHEEL WRIGHT, E. J., "Catalyzed Electrolytic Plutonium Oxide Dissolution (CEPOD). PNL, Richland (1982).
3. BRAY, J. L., RYAN, L. A., WHEEL WRIGHT, E. J. "Electrochemical Process for Dissolving Plutonium Dioxide and Leaching Plutonium from Scrap on Wastes, AICE.
Miami, Florida (1986).
4. RYAN, J. L., BRAY, L. A., WHEEL WRIGHT, E. J., BRYAN, G. H., "Catalyzed Electrolytic Plutonium Oxide Dissolution, Presented at the International Symposium to
KESIMPULAN
Dari hasil penelitian ini didapatkan kesimpulan-kesimpulan sebagai berikut:
Prosldlng pertemuan dan presentasi ilmlah Penelitian Dasar Ilmu Pengetahuan dan Teknologl Nukilr P3TM-BATAN Yogyakarta, 27 Junl 2002
ISSN 0216 -3128
Mulyono Daryoko 43
Mulyono Daryoko
.Memang demikian. kalau duo elektrode (katode don anode) ini terdapat dalam satu kompartimen. Tetapi penelitian ini katode don anodenya terdapat dalam duo kompartimen yang terpisah.
.Penelitian ini masih berkonsentrasi pada terbentuknya (pembangkitan) Ag+2, nantinya akan demikian.
.lndikatornya sudah barang tentu dapat dilihatdari hasil penelitian ini.
Comm. 50th Anni. of Transuranium Elements, Washington, DC(1990).
5. ALSENOY, V. V., RAHIER, A., "The Electrochemical Oxidation of Organic Wastes and Activated Graphite by Ag+2 in Nitric Acid :a literature study, SCK-CEN, Mol, Belgium (1996).
6. DARYOKO, M., "Kecepatan Pembangkitan Ag+2 Sebagai Langkah pada Dekontaminasi Elektrokimia", Seminar Nasional Kimia, Jurusan Kimia, FMIPA-UNNES, Semarang (2002).
7. ACHMAD, H., "Elektrokimia dan Kinetika",
PT. Citra Aditya Bakti, Bandung (1992). Damunir
...Pacta pembangkitan Ag+2 dan Ag+ ini sangat dipengaruhi oleh: arus elektrolisis, suhu, dll.
Dan dalam penelitian jika diperhatikan, potensialnya akan tetap, dan sangat sulit untuk
mengubahnya.
TANYAjAWAB
Mulyono Daryoko
.Seperti sudah diterangkan bahwa pada terbentuknya Ag2+ ini sangat dipengaruhi oleh arus elektrolisis. suhu dU. Dan dalam penelitian ini jika diperhatikan potensialnya akan tetap dan sangat sulit untuk merubah-rubahnya.
Moch. Setyadji
..Pada elektrolisis, katode clan anode dari bahan yang berbeda E nya, mohon penjelasan mengapa pada penelitian ini keduanya dari Pt.
..Mohon penjelasan maksud dari dekontaminasi elektrokimia clan mengapa basil penelitian
tidak nampak adanya faktor dekontaminasi ..Mengapa dengan kenaikan suhu, kecepatan
pembangkitan Ag berkurang, apa indikatornya hila reaksi antara perak dengan air lebih kuat.
