Pengaruh pH, Konsentrasi Awal Ammonia, dan Waktu dalam Elektrolisa Ammonia Marta Retnoningsih L2C006069 Yulia Murdianti L2C006115 Pembimbing: Dr. Ir. Ratnawati, MT Latar Belakang • Amonia merupakan salah satu polutan yang berbahaya. • Pabrik pupuk, industri gasifikasi batu bara, pertanian Limbah amonia • Cara pengolahan limbah amoniamemiliki keterbatasan • Metode baruelektrolisa. • Elektrolisa amonianitrogen dan hidrogenbahan bakar fuel cells Perumusan Masalah Penelitian ini: Menggunakan Pt sebagai anoda dan stainless steel sebagai katoda memberikan informasi tentang pengaruh waktu, konsentrasi awal larutan amonia dan pH dalam elektrolisa ammonia. digunakan larutan amonia komposisi limbah sangat kompleks Menjadi referensi untuk mengembangkan cara pengolahan limbah amonia yang efektif. Tujuan Penelitian • Mengetahui pengaruh pH terhadap jumlah amonia yang dapat dihilangkan • Mengetahui pengaruh konsentrasi awal larutan amonia terhadap jumlah amonia yang dapat dihilangkan • Mengetahui pengaruh waktu operasi terhadap jumlah amonia yang dapat dihilangkan Cara-cara Pengolahan Limbah • • • • • Air stripping Breakpoint chlorination Biotreatment Ion exchange Elektrolisa Perbandingan Keuntungan dan Masalah Berbagai Cara Pengolahan Limbah Ammonia Teknologi Denitrifikasi Keuntungan Masalah Biotreatment Dihasilkan gas nitrogen yang tidak berbahaya, aplikasi penggunaannya luas Membutuhkan tempat instalasi yang luas dan waktu treatment lama. Injeksi klorin pada titik diskontinyu Biaya konstruksi rendah dan aplikasinya mudah. Biaya treatment tinggi dan menghasilkan byproduct. Ammonia stripping Efektif untuk limbah dengan konsentrasi tinggi. Memungkinkan penghilangan ammonia, biaya treatment tinggi. Ion exchange Efektif untuk limbah dengan konsentrasi rendah. Biaya konstruksi dan treatment tinggi, memerlukan reprocessing larutan limbah. Elektrolisa Ammonia ► Dalam unit elektrolisa, amonium diubah menjadi gas nitrogen menurut reaksi: Anoda : Oksidasi Amonia 2NH3 (g) + 6OH- (aq) N2 (g) + 6H2O (l) + 6e- Eo = -0,77 V /SHE Katoda : Reduksi H2O 6H2O(l) + 6e- 3H2 (g) + 6OH-(aq) Eo = -0,82 V/SHE Reaksi Overall 2NH3 (l) N2(g) + 3H2 (g) Eo = 0,059 V Dari penelitian Liang dan Liu (2008), pH yang tinggi menyebabkan peningkatan oksidasi amonia. Pada larutan amonia yang mengandung ion klorida, laju penghilangan amonia lebih cepat. Namun, dalam penelitian tersebut dihasilkan gas klorida yang memerlukan treatment lebih lanjut. Penelitian yang dilakukan oleh Zhou dan Cheng (2008) : Konsentrasi amonia pada larutan >>> NH3(aq) yang teradsorbsi pada permukaan elektroda >>> Pada konsentrasi tertentu, adsorbsi amonia pada elektroda Pt akan mencapai kondisi relatif jenuh. Konsentrasi KOH >>> ammonia yang teroksidasi >>> Menghasilkan hidrogen dengan kemurnian tinggi yang dapat digunakan untuk fuel cell. Alatnya mudah dioperasikan, mampu bekerja kontinyu. Menghemat tempat karena alat yang diperlukan hanya memerlukan tempat minimal. Mengurangi limbah sekunder. (Asano dkk., 2005) Metodologi Penelitian Bagan Rangkaian Alat 4 1 3 2 5 Keterangan : 1. Sumber arus DC 2. Tangki larutan amonia 3. Pompa 4. Sel elektrolisa 5. Elektroda Variabel Penelitian dan Respon Variabel Berubah • pH (10, 12, 14) • Konsentrasi larutan NH4OH (0,01 M; 0,05 M; 0,1 M) • Waktu operasi (15 menit sampai 105 menit) Variabel Tetap • Voltase sumber daya =4V • Rapat arus = 20 A/dm2 • Volume reaksi total = 1000 ml • Suhu reaksi = 30oC • Bahan elektroda: Stainless steel (katoda), Pt (anoda) • Jarak antar elektroda = 0,8 cm • Ukuran elektroda : • Panjang = 13,7 cm • Lebar = 10,7 cm • Tebal =0,1 cm Spesifikasi Pompa: Voltase Arus Debit : 24 V : 1 Ampere : 0,25 GPM (0,95 lt/menit) Respon yang Diamati • Konsentrasi NH3 sisa Elektrolisa larutan amonia Merangkai alat seperti pada gambar Mencampurkan larutan amonia dengan konsentrasi sesuai variabel percobaan sebanyak 1000 ml dengan larutan KOH di dalam beaker glass sampai pH tertentu. Mengukur konsentrasi sisa NH3 dengan titrasi dengan selang waktu 15 menit selama 105 menit. Mencatat hasil pengukuran. HASIL&PEMBAHASAN Dengan semakin besar konsentrasi awal ammonia (NH3(aq)), maka senyawa intermediet yang terbentuk juga semakin banyak. Senyawa-senyawa intermediet ini menempel dan mem-blocking situs aktif pada elektroda Pt. Akibatnya, adsorbsi ammonia pada permukaan elektroda akan terhambatjumlah ammonia yang hilang semakin sedikit. (Zhou & Cheng, 2008) Pengaruh pH Kondisi alkali dapat menurunkan potensial oksidasi ammonia. Hal ini ditunjukkan dalam persamaan Nernst : Dengan menurunnya potensial oksidasi ammonia maka reaksi oksidasi ammonia menjadi N2 semakin cepat terjadijumlah ammonia yang hilang semakin banyak Hasil ini sama dengan hasil penelitian sebelumnya oleh Liang&Liu (2008) serta Zhou&Cheng (2008). Pengaruh Waktu Berkurangnya konsentrasi NH3 dengan bertambahnya waktu sesuai dengan persamaan laju reaksi oksidasi NH3: [NH3] = [NH3]o - k.t Dari persamaan di atas , konsentrasi NH3 akan berkurang dengan semakin besarnya waktu. Hasil ini sama dengan hasil penelitian Khelifa dkk. (2003) serta Liang dan Liu (2008). Semakin tinggi pH larutan (semakin basa) maka jumlah ammonia yang dapat dihilangkan semakin besar Semakin tinggi konsentrasi awal larutan ammonia maka jumlah ammonia yang dapat dihilangkan semakin kecil Semakin lama waktu operasi elektrolisa, maka jumlah ammonia yang dapat dihilangkan semakin besar Saran Penentuan Titik Akhir Titrasi (TAT) harus dilakukan secara teliti, agar diperoleh hasil volume titran yang akurat Pengaturan pH dengan menggunakan KOH sebaiknya dilakukan secara hati-hati agar pH larutan dapat tepat sesuai dengan variabel Daftar Pustaka Asano, M., Nakamura, K., Katou, Y., Mizutani, H., and Ike, T., Decomposition System of Nitrogen Compounds in Waste Water with Electrolysis, Mitsubishi Heacy Industries, Ltd. Technical Review, 1005, vol 42 No. 4. Bonnin, E., Electrolysis of Ammonia Effluents: A Remediation Process with Co-generation of Hydrogen. Thesis the Fritz J. and Dolores H. Russ College of Engineering and Technology of Ohio University, 2006, hal. 17-18. Khelifa, A., Moulay, F., Hannane, F., Benslimene, S., Hecini, M., Application of an Experimental Design Method to Study The Performance of Electrochlorination Cells. Desalination 160 (2004) 91-98. Laciak, D., and Pez, G., Ammonia Separation Using Ion Exchange Polymeric Membranes and Sorbents, U.S. Patent 4,758,250, 1988. Liang Li and Yan Liu, Ammonia Removal in Electrochemical Oxidation: Mechanism and Pseudo-kinetics, Journal of Hazardous Materials, 2009, vol 161 hal. 1010-1016. Matsko, T. N., Breakpoint Chlorination Control System, U.S. Patent 4,435,91, 1984. Mulder, A., Waste Water Purification, U.S. Patent 4,384,956, 1983. Reesema, N., Ion Exchange, U.S. Patent 3,793,193, 1974. Rittstieg, K., Robra, K. H. and Somitsch, W., Aerobic Treatment of A Concentrated Urea Wastewater with Stimultaneous Stripping of Ammonia, Appl Mikrobiol Biotechnol, 2001, vol 56 hal. 820-825. Zhou, L. and Cheng, Y. F., Catalytic Electrolysis of Ammonia on Platinum in Alkaline Solution for Hydrogen Generation, International Journal of Hydrogen Energy, 2008, vol 33 hal. 5897-5904. Zibrida, J., Removal of Ammoia from Wastewater, U.S. Patent 4,689,156, 1987.
