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 larutangaram menggunakan

membran kation nafion

Membran Nafion Relatif mahal

Nurhadianty(2010)

mensintesis EOW menggunakan

resin kationsebagai penggantimembran nafion

Perlu dikembangkan MembranPengganti yang lebih Efektif

Anion dapatlolos melaluicelah – 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.

MensintesisPEMFC

dengan metodehotpress

1996, Bae dkk.Menggrafting

molekulpolistirene ke

permukaanmembran

nafion

2010, Beydaghi dkk.Mensintesis dan

mengkarakterisasiproton conducting hybrid membrane

untuk PEMFC denganbahan dasar PVA dan

silika nanopori

2007, Marschalldkk.

Mengukurkonduktivitas proton

pada pellet yang terbuat dari serbuk

silika denganmetode press

1992, Shimizhu & HurusawaSintesis 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, Nurhadiantymensintesis EOW dari air saline dan

mempelajaripengaruh kondisi

operasi danpenggunaan 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 denganNH4OH 1M, pH 7

Dititrasi denganHCl 3N

Diaduk pada suhu ruang(dengan atau tanpa PEG)

Aging selama 18 jam

GEL

Pembuatan gel silika dari TEOS

Membuat larutan stockTEOS: 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 keduaEtanol: 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 padasuhu ruang selama 1 jam (dengan atau tanpa penambahan PEG)

Pembentukan membran sol-gel silika dan serbuk silikaGel Silika

Dioven selama 24 jamT = 60,80,100 oC

Membran tipis

Membran retakPenggerusan

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=800oC selama 5

jam

Membran press silika didinginkan didalam eksikator

selama 24 jam

Grafting Gugus Sulfonat pada Membran Silika

Hexane sulfonic acid 0.4 M(104oC)

Mencuci membran silikadengan air demin

Karakterisasi Membran

Mengeringkan pada suhu 100oC

Morfologi Membran dengan SEM

Gugus Fungsi menggunakan FTIR

Penentuan Volume, Luas permukaan dan diameterpori menggunakan metode BET

Analisa Dekomposisi Gugus sulfonat dengan TGA

Kapasitas ionik membran dengan titrimetri

Penentuan Konduktivitas membran dengan EIS

Power Supply

AmperemeterVoltmeter( 10 V )

katodaAnoda

Elektroda Carbon (inert)

Membran SilikaGrafting Sulfonat

EOW ERW

CC

Diuji Total Residual free Chlorine

menggunakan tester ESTIK CL200

Membran Sol-gel silika

No. Bahan BakuBahan Pendukung Polyethylen

Glycol (PEG)

Penamaan

SampelResin 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 S1setelah pemanasan selama 24jam, (d) Silika S2 setelah pemanasan selama 24jam

Gb.4.2 Membran press silika S1

Morfologi Membran Press Silika

(a) (b)lebihhalustanpa

retakan

(c)

terdapatbeberaparetakan

(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

Sebelumgrafting

Sesudah grafting

Peak 3425,58SO3H

Peak 881,47Si-OH

Peak 813,96Si-O-Si

Peak 813,96Si-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 padapermukaan berpori

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00

50100150200250300350400450500550

Volum

e STP

(cc/g)

P/Po

Adsorpsi Desorpsi

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00

50100150200250300350400450500550

Volum

e 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 1.00

50100150200250300350400450500550

Volum

e STP

(cc/g)

P/Po

Adsorpsi Desorpsi

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.00

50100150200250300350400450500550

Volum

e 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 porimembran silika ketika

penambahan PEG.

SampelLuas 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 15000.0

0.5

1.0

1.5

2.0dV

(log d

)cm3 /g

Diameter Pori(Ao)

Distribusi Ukuran Pori

Gambar 4.6a Kurva Distribusi Ukuran Pori Membran Silika S1

Distribusi sempit, ukuran porinyaseragam, 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 6002.40

2.45

2.50

2.55

2.60

2.65

2.70

Weight Loss = 5,16 %

Weight Loss= 6,67 %

mass

a (m

gr)

Temperatur (oC)(b)

100 200 300 400 500 6001.241.261.281.301.321.341.361.38

Weight Loss=4,596 % Weight Loss=

6,033 %

Mas

sa (m

gr)

Temperature (oC)

DekomposisiH2ODekomposisi

H2ODekomposisi

SO3H

DekomposisiSO3H

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 0,367S2 2,039S3 3,385S4 4,4S5 2,85S6 1,6

Tabel 4.3 Hasil Perhitungan jumlah sulfonat yang tergrafting melalui TGA

Tabel 4.4 Kapasitas Ionik padaMembran Silika melalui titrimetri

Volume pori besar

Sulfonat yang tergrafting semakin banyak

Kapasitas ioniknya semakin besar.

Gambar 4.8 Nyquist plot pada Membran SilikaSilika 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 1200000

100002000030000400005000060000

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

Konduktivitasmembran nafion

sebesar2x10-3 S/cm.

Konduktivitas Membran Silika

Cukup efektif sebagaiProton Exchange

Membrane

Elektrolisis EOWTabel 4.6 Hasil Elektrolisis EOW dari Membran Silika

(Nurhadianty, 2010) mensintesis EOW

resin kationfree chlorine ± 500 ppm

SampelArus

(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 cukupefektif sebagai pengganti

resin kation.

Pembuatan membran sol-gel silika dengan pengeringan pada suhu 100oC 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 berhasildilakukan 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 ionikterbesar 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 membrannafion 2 x 10-3 S/cm

Elektrolisis larutan garam menggunakan membran silika grafting sulfonatdari sodium silikat-HCl 3N dengan potensial 10 V dan konsentrasi NaCl2,5% menghasilkan EOW dengan kadar free chlorine sebesar 322,56 ppm

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

Terima Kasih