Dosen Pembimbing : Prof. Dr. Ir. Heru Setyawan, M.Eng

Dosen Pembimbing :

Prof. Dr. Ir. Heru Setyawan, M.Eng

Rizki Pratama (2308 100 142)

Zarra Miantina Putrie (2308 100 143)

Laboratorium Elektrokimia dan Korosi

ELECTROLYZED OXIDIZED WATER

Relatif murah, ramah lingkungan , tidak toxic

pada manusia

Elektrolisa larutan garam menggunakan membran kation nafion

Membran Nafion Relatif mahal

Nurhadianty (2010)

mensintesis EOW menggunakan

resin kation sebagai pengganti

membran nafion

Perlu dikembangkan Membran Pengganti yang lebih Efektif

Anion dapat lolos melalui celah – celah antar tumpukan

/bed resin kation

Membran Penukar

Kation

Silika gel

Sodium silikat atau

TEOS

Gugus silanol (Si-OH)

Grafting Gugus Sulfonat

Membran silika grafting sulfonat berpotensi besar

sebagai pengganti membran nafion

2007, Hendrana dkk.

Mensintesis PEMFC dengan metode

hotpress 1996, Bae dkk.

Menggrafting molekul polistirene ke

permukaan membran

nafion

2010, Beydaghi dkk.

Mensintesis dan mengkarakterisasi

proton conducting hybrid membrane untuk PEMFC dengan

bahan dasar PVA dan silika nanopori 2007, Marschall

dkk.

Mengukur

konduktivitas proton pada pellet yang terbuat dari serbuk

silika dengan metode press

1992, Shimizhu

& Hurusawa Sintesis EOW Memiliki efek bakterisidal bakteri patogen

2000, Morita dkk.

Mengelektrolisis air ledeng dengan penambahan NaCl,

dimana antara anoda dan katoda

dipisahkan membran kation

2007, Yokoyama dkk.

Mengelektrolisis air saline untuk menstandardkan

EOW

2011, Nurhadianty mensintesis EOW dari air saline dan

mempelajari pengaruh kondisi

operasi dan penggunaan jenis

membran

Mempelajari teknik pembuatan membran silika dari sodium silikat dan TEOS

Mempelajari teknik grafting gugus sulfonat pada membran silika

Proses Pembuatan Membran Silika Grafting Sulfonat

2. Pembentukan membran sol-gel silika dan serbuk silika 1. Pembuatan gel silika dari bahan sodium silikat-resin, sodium silikat-HCl dan TEOS

3. Pembuatan membran press silika 4. Proses sintering

5. Grafting gugus sulfonat pada membran silika

Karakterisasi Membran Silika Grafting Sulfonat

Aplikasi Membran dalam Pembuatan EOW

Sodium silikat-resin

Sodium Silikat 2,5%

Dilewatkan resin kation pada suhu ruang selama 30 menit

Sodium silikat-HCl

Silicic Acid, pH 2 Dititrasi dengan NH₄OH 1M, pH 7

Dititrasi dengan HCl 3N

Diaduk pada suhu ruang (dengan atau tanpa PEG)

Aging selama 18 jam

GEL

Pembuatan gel silika dari TEOS

Membuat larutan stock

TEOS: Etanol: Air demin: HCl (22,3: 22,16: 1,7: 0,1) Dicampur dan diaduk pada suhu ruang selama 1 jam

Proses aging selama 18 jam

GEL

Membuat larutan kedua

Etanol: Air demin: Amonia (20,4: 0,468: 0,08)

Dicampur dan diaduk pada suhu ruang selama 15 menit

4,6 mL larutan stock dicampur dengan larutan kedua, diaduk pada suhu ruang selama 1 jam (dengan atau tanpa penambahan PEG)

Pembentukan membran sol-gel silika dan serbuk silika

Gel Silika

Dioven selama 24 jam T = 60,80,100 oC

Membran tipis

Membran retak

Penggerusan hingga membentuk

serbuk silika

Pembentukan membran press silika dan proses sintering

Mengolesi cetakan dengan serbuk lilin

Serbuk silika dimasukkan ke

dalam cetakan membran dan dipress dengan alat

kompaksi pada tekanan 75 - 100

bar.

Membran press silika dimasukkan dalam furnace pada

T=800^oC selama 5 jam

Membran press silika didinginkan didalam eksikator

selama 24 jam

Grafting Gugus Sulfonat pada Membran Silika

Hexane sulfonic acid 0.4 M (104^oC)

Mencuci membran silika dengan air demin

Karakterisasi Membran Mengeringkan pada

suhu 100^oC

Morfologi Membran dengan SEM Gugus Fungsi menggunakan FTIR

Penentuan Volume, Luas permukaan dan diameter pori menggunakan metode BET

Analisa Dekomposisi Gugus sulfonat dengan TGA Kapasitas ionik membran dengan titrimetri

Penentuan Konduktivitas membran dengan EIS

Power Supply

Amperemeter

Voltmeter ( 10 V )

katoda Anoda

Elektroda Carbon (inert)

Membran Silika Grafting Sulfonat

EOW ERW

C C

Diuji Total Residual free Chlorine menggunakan tester

ESTIK CL200



Membran Sol-gel silika

No. Bahan Baku

Bahan Pendukung Polyethylen Glycol (PEG)

Penamaan Sampel Resin Kation HCL 3N

1. Sodium Silikat √ - √ S1

2. Sodium Silikat √ - - S2

3. Sodium Silikat - √ √ S3

4. Sodium Silikat - √ - S4

5. TEOS - - √ S5

6. TEOS - - - S6

Tabel 4.1 Variabel pada proses sintesis membran silika

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



Membran Press silika

Gb.4.1 Membran sol-gel silika (a) Gel silika setelah aging selama 18 jam, (b) Gel silika setelah pemanasan T=80 ^oC selama 3 jam, (c) membran silika S1 setelah pemanasan selama 24jam, (d) Silika S2 setelah pemanasan selama 24jam

Gb.4.2 Membran press silika S1



Morfologi Membran Press Silika

(a) (b) lebih

halus tanpa retakan

(c)

terdapat beberapa

retakan

(d)



Karakteristik Gugus Fungsi

Adanya gugus sulfonat(-SO₃H) pada panjang gelombang 3425,58 cm^-1

Gb. 4.4 HasilUji FTIR pada membran silika S6

4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500

20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Sebelum grafting

Sesudah grafting

Peak 3425,58 SO₃H

Peak 881,47 Si-OH

Peak 813,96 Si-O-Si Peak 813,96 Si-O-Si

%T (a .u)

Wave Number (1/cm)



Kurva Adsorpsi-Desorpsi Nitrogen

Gb. 4.5a Kurva Adsorpsi-Desorpsi

Membran Silika S1 Gb.4.5c Kurva Adsorpsi-Desorpsi Membran Silika S3

type IV

(klasifikasi IUPAC) material bersifat

mesopori

type V

(klasifikasi IUPAC) adsorpsi terjadi pada

permukaan berpori

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 500

100150 200250 300350 400450 500550

Volume STP(cc/g)

P/Po

Adsorpsi Desorpsi

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

500 100150 200250 300350 400450 500550

Volume STP(cc/g)

P/Po

Adsorpsi Desorpsi

Gb.4.5e Kurva Adsorpsi-Desorpsi

Membran Silika S5 Gb.4.5f Kurva Adsorpsi-Desorpsi Membran Silika S6

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

500 100150 200250 300350 400450 500550

Volume STP(cc/g)

P/Po

Adsorpsi Desorpsi

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

500 100150 200250 300350 400450 500550

Volume STP(cc/g)

P/Po

Adsorpsi Desorpsi

Type I

(klasifikasi IUPAC) material bersifat

mikropori

Tabel 4.2 Hasil Uji BET pada membran silika

Terjadi penurunan volume pori membran silika ketika

penambahan PEG.

Sampel Luas Permukaan (m2/g)

Diameter Pori (nm)

Volume Pori (cc/g)

Karakter Pori

S1 457,865 4,935 0,5733 Mesopori

S2 406,156 6,501 0,6279 Mesopori

S3 45,403 17,046 0,2103 Mesopori

S4 137,949 17,96 0,8472 Mesopori

S5 261,383 3,834 0,1783 Mikropori

S6 386,276 3,375 0,2216 Mikropori

0 250 500 750 1000 1250 1500 0.0

0.5 1.0 1.5 2.0

dV (l og d )c m

3

/g

Diameter Pori(A

^o

)



Distribusi Ukuran Pori

Gambar 4.6a Kurva Distribusi Ukuran Pori Membran Silika S1 Distribusi sempit, ukuran porinya

seragam, ukuran pori membran silika mendekati monodisperse.

Grafik Uji TGA pada Membran Silika, (a) Silika S4, (b) Silika S6



Kapasitas ionik membran silika

(a)

100 200 300 400 500 600 2.40

2.45 2.50 2.55 2.60 2.65 2.70

Weight Loss = 5,16 %

Weight Loss= 6,67 %

massa (mgr)

Temperatur (^oC)

(b)

100 200 300 400 500 600 1.24

1.26 1.28 1.30 1.32 1.34 1.36 1.38

Weight Loss=

4,596 % Weight Loss=

6,033 %

Massa (mgr)

Temperature (^oC)

Dekomposisi H₂O

Dekomposisi

H₂O Dekomposisi SO₃H

Dekomposisi SO₃H



Kapasitas ionik membran silika

Membran Silika

Jumlah sulfonat yang tergrafting

(mmol eq/g sampel)

S4 2.09

S6 1.32

Silika mMol eq. Sulfonat / gram Sampel

S1 0,367

S2 2,039

S3 3,385

S4 4,4

S5 2,85

S6 1,6

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan jumlah sulfonat yang tergrafting melalui TGA

Tabel 4.4 Kapasitas Ionik pada Membran Silika melalui titrimetri

Volume pori besar

Sulfonat yang tergrafting semakin banyak Kapasitas ioniknya semakin besar.

Gambar 4.8 Nyquist plot pada Membran Silika Silika S1 dan S2,

Gambar 4.9 Sirkuit dari kurva fitting Nyquist,

membran silika S1

(Beydaghi, Hossein, dkk.2010)



Konduktivitas Membran Silika

0 30000 60000 90000 120000 0

10000 20000 30000 40000 50000 60000

Penambahan PEG

Tanpa PEG

Z''(Ω)

Z'(Ω)

Membran Silika

Hambatan

Membran (Ω) Konduktivitas Membran (S/cm)

S1 137.000 1,62 x 10^-4

S2 39.700 1,68 x 10^-4

S3 19.000 3,51 x 10^-4

S4 14.800 4,5 x 10^-4

S5 90.900 1,38 x 10^-4

S6 108.000 6,2 x 10^-5

Tabel 4.5 Hambatan dan Konduktivitas pada Membran Silika

Konduktivitas membran nafion

sebesar 2x10^-3 S/cm.



Konduktivitas Membran Silika

Cukup efektif sebagai Proton Exchange

Membrane



Elektrolisis EOW

Tabel 4.6 Hasil Elektrolisis EOW dari Membran Silika

(Nurhadianty, 2010) mensintesis EOW

resin kation

free chlorine ± 500 ppm Sampel Arus

(Ampere)

pH Kadar free chlorine (ppm)

EOW ERW

1 0,02 3 10 60,16

2 0,11 3 12 65,28

3 0,15 3 12 70,4

4 0,15 3 11 322,56

5 0,02 5 12 0,04

6 0,06 5 12 0,08

Membran silika S4 cukup efektif sebagai pengganti

resin kation.

Pembuatan membran sol-gel silika dengan pengeringan pada suhu 100^oC berhasil dilakukan dengan bahan baku sodium silikat – resin – PEG 0,5 g (0,5cm x 0,7 cm)

Pembuatan membran press dari serbuk silika berhasil dilakukan pada tekanan 75-100 bar dengan ukuran diameter sebesar 1,3 cm

Proses grafting gugus sulfonat pada membran silika sudah berhasil dilakukan pada titik didih larutan 1hexane sulfonic acid (104 ^oC) dengan konsentrasi larutan 0.4 M

Penambahan PEG berpengaruh pada saat pengeringan membran sol gel silika dan pengepresan yaitu membran lebih keras, namun tidak terlalu berpengaruh pada nilai konduktivitas membran silika

Membran silika dari sodium silikat – HCl 3N mempunyai kapasitas ionik terbesar yaitu 4,4 mmol eq. sulfonat/gram sampel

Konduktivitas ionik membran silika dari sodium silikat dengan HCl 3N 4,5 x 10^-4 S/cm dan sudah mendekati nilai konduktivitas membran nafion 2 x 10^-3S/cm

Elektrolisis larutan garam menggunakan membran silika grafting sulfonat dari sodium silikat-HCl 3N dengan potensial 10 V dan konsentrasi NaCl 2,5% menghasilkan EOW dengan kadar free chlorine sebesar 322,56 ppm

Membran silika grafting sulfonat dari sodium silikat-HCl berpotensi menggantikan membran nafion dan resin kation dalam sintesis EOW

Terima Kasih