INTAN PERMATA SARI
NRP. 1113201008
Dosen Pembimbing
Endarko, M.Si, Ph.D.
PROGRAM MAGISTER
BIDANG KEAHLIAN INSTRUMENTASI JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
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
sistem CDI tanpa membran
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
elektroda karbon
TINJAUAN PUSTAKA
Bahan Penyusun Elektroda
1.
Karbon Aktif
2.
Karbon Aktif Modifikasi
3.
Graphit Sheet
K
arbon 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.
graphit sheet berupa graphit foil yang dimanfaatkan sebagai current colektor.
Pemakaian current collector dari bahan ini supaya tidak terjadi korosi akibat
bereaksi dengan air garam (Porada, 2013)
TINJAUAN PUSTAKA
4. PVA (Polyvinil Alkohol)
5.Membrane Ion Exchange
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
Membran Ion Exchange adalah
membran penukar ion yang
M ETODOLOGI PENELITIAN
v
Pembuatan Elektroda
dicetak diatas 10 grafit sheet dimensi 6 x 8 cm
1gr
PVA
60mL aquades
dipanaskan sampai
suhu 100
°
C
Distirer selama 1 jam
20 gr karbon aktif (biasa/ modifikasi),
distirer 20 menit
Freezing thawing dengan cycle yang telah ditentukan*
*Variasi cycle yang dilakukan adalah 3, 4 dan 5 cycle.
1 cycle (12 jam Freezing dan 12 jam Thawing)
v
Modifikasi Karbon aktif
Dikeringkan pada suhu 60
°
C
Preparasi Bahan
10 gr Karbon aktif
Distirer pada suhu 90
°
C selama 4 jam
Dicuci dengan aquades dan difiltasi sampai PH =7
100 mL Nitric Acid
M ETODOLOGI PENELITIAN
karbon biasa +PVA
Frezee/ thaw 3,4 dan 5 cycle
Pembuatan Elektroda
Morfologi & kandungan bahan-> SEM EDX
Sifat elektrokimia -> voltametri siklik, EIS
Pengujian Elektroda
1.
M
embuat Cell CDI
2. Membuat Larutan NaCl, KCl dan MgCl
180 µs/cm
3. Mengatur kecepatan aliran 25ml/menit
4. Membari tegangan 2V
Pembuatan sistem CDI
Pengukuran nilai Konduktifitas selama
proses desalinasi dalam waktu 6 jam
Pengujian sistem CDI
1. pembuatan Elektroda
karbon modifikasi +PVA
2. Penambahan Membran
3. Penambahan jumlah elektroda dalam Cell CDI
M ETODOLOGI PENELITIAN
v
Pembuatan Sistem Desalinasi
Inlet
conduct ivit ymet er
Larutan Garam
hasil Desalinasi 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,
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
f
= konduktivitas cairan uji (ohm
-1
)
HASIL DAN PEM BAHASAN
(a) (b)
(c) (d) (e)
(f) (g) (h)
1. Proses pembuatan elektroda karbon
HASIL DAN PEM BAHASAN
1. Proses modifikasi karbon aktif
Gambar 4.3 Tahapan Modifikasi Karbon Aktif
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
Pengujian Karbon Aktif
Hasil pengujian FT-IR
Gambar 4.4 Hasil Uji FTIR Karbon Aktif (KA = Karbon Aktif
dan KAM = Karbon Aktif Modifikasi).
v
Penambahan
v
gugus eter (C-O) pada bilangan
gelombang 1190,
v
gugus karbonil C=O pada bilangan
gelombang 1713.
HASIL DAN PEM BAHASAN
(a) (b)
(c) (d)
v
Pengujian Morfologi Elektroda
Gambar 4.5 Hasil Uji SEM Elektroda Karbon (a)
3
cycle
(b) 4
cycle
(c)
5cycle
(d) Modif 4
cycle
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
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
EIS (
Electrical Im pedance Spectroscophy)
-2.0
0.001 0.1 10 1000 100000
K
v
nilai
spesifik
kapasitansi
terbesar
yang
terukur
sebesar 13,5 F/g
pada
frekuensi 0.01 Hz
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
Pe rancangan dan Pe nyusunan siste m CDI
Cell CDI
Probe sensor konduktifitimet
er Power Supplay
Pompa
(c)
(a) (b)
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
Hasil De salinasi
Gambar 4.11 Hasil Desalinasi Larutan Garam
NaCl
Tipe
Siklus
% pe ngurangan
3 cycle
2
49,16%
4 cycle
3
54,3%
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
Hasil De salinasi
Gambar 4.11 Hasil Desalinasi Larutan Garam KCl
Tipe
Siklus
% pe ngurangan
3 cycle
3
56,4%
4 cycle
1
64,1%
5 cycle
3
61,4%
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
Hasil De salinasi
Gambar 4.11 Hasil Desalinasi Larutan Garam
MgCl
Tipe
Siklus
% pe ngurangan
3 cycle
2
40,41%
4 cycle
2
54,47%
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
Hasil De salinasi
Gambar 4.14 Hasil Desalinasi Elektroda 4
Cylce
Je nis Garam
% pe ngurangan
KCl
64,1%
NaCl
54,3%
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
Hasil De salinasi
Gambar 4.15 Hasil Desalinasi Elektroda 4
cycle
dan modif 4
cycle
Tipe
Siklus
% pe ngurangan
Modifikasi
2
51,9%
Tanpa
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
Hasil De salinasi
Gambar 4.16 Hasil Desalinasi Larutan Garam NaCl
dengan Variasi Penggunaan Membran
Tipe
Siklus
% pe ngurangan
Membran
3
66,36%
Tanpa
membran
3
54,3%
HASIL DAN PEM BAHASAN
v
Hasil De salinasi
Gambar 4.17 Hasil Desalinasi Larutan Garam NaCl
dengan Variasi Cell
Tipe
Siklus
% pe ngurangan
5 pasang
elektroda
3
73,5%
10 pasang
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
karbon aktif tidak menunjukkan nilai yang yang lebih baik dapat disimpulkan ukuran
porus lebih berpengaruh daripada penambahan gugus oksigen terhadap efisiensi desalinasi
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 Acta55, 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. Desalination270, 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
Jia, B., Zou, L., 2012b. Graphene nanosheets reduced by a multi-step process as high-performance electrode material for capacitive deionisation. Carbon 50, 2315–2321. doi:10.1016/ j.carbon.2012.01.051
Kim, J.-S., Choi, J.-H., 2010. Fabrication and characterization of a carbon electrode coated with cation-exchange polymer for the membrane capacitive deionization applications. J. Membr. Sci. 355, 85–90.
