2309 201 019 Oleh : Vivi Nurhadianty PEMBIMBING : Prof. Dr. Ir. Heru Setyawan, M.Eng
LABORATORIUM ELEKTROKIMIA dan KOROSI PROGRAM MAGISTER JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI INSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER 2011
Pendahuluan Wabah Penyakit & virus Mudah menyebar
Infeksi
Antrax Influensa Tifoid Diare Infeksi cacing
Desinfektan & Antiseptik
Pendahuluan (cont.) Glutaraldehyde & Aldehide Masih bersifat toxic pada manusia & lingkungan
Desinfektan & Antiseptik
Alkohol, cth :Ethyl alkohol, isopropanol Tidak membunuh spora
Sodium Hypoclorite, chlorine dioxide, chloramine-T Cukup baik, namun mahal
Electrolized Oxidized Water Relatif murah, ramah lingkungan & tidak bersifat toxic pada manusia
Perumusan Masalah
EOW
membran
+
ERW (Electrolyzed Reduced Water)
EOW (Electrolyzed Oxidized Water)
pH tinggi
pH rendah
Membran Mahal 2-3 juta / 30 cm2
Resin
Murah Rp 50.000/kg
Oleh karena itu pada penelitian ini juga akan dilihat apakah resin mampu menggantikan membran dalam produksi EOW
Penelitian Terdahulu Yokoyama (2007) Morita dkk (2000) Membuat EOW sebagai
Nakae (2000)
Merekomendasikan ES(electrolized Saline) sebagai standar desinfektan yang diuji pada bakteri gram positif (S. Aerus) dan gram negatif (P. aeruginosa)
Mempoduksi EOW untuk Shimizhu & desinfektan untuk aplikasi luka bakar pada tikus Hurusawa (1992) hepatitis B dan HIV Metode : elektrolisis menemukan EOW Metode : elektrolisis NaCl menggunakan oxilyzer memiliki efek air ledeng selama 45 Metode : elektrolisis dengan bakterisidal pada menit, menggunakan arus Hasil : EOW yang dihasilkan pH elektroda platinum-iridium pada < 2,7 dengan hipoklorit > 30 3A dipisahkan membran banyak bakteri 200mA dan rapat arus 0,446 ppm, terbukti mampu kation. patogen A/dm2 & T ruangan mengurangi bakteri Hasil : EOW pH 2,34 & klorin bebas 4,20 ppm
P.aeruginosa
Hasil : klorin bebas 35 ppm setelah 5 menit elektrolisa dgn pH 6-7
Mengkaji efektifvitas EOW sebagai antiseptik.
Voltammetri Uji EOW terhadap bakteri
Elektrolisis larutan garam dengan berbagai konsentrasi NaCl dan potensial, untuk menghsilkan EOW
Potensiostat
Anoda
katoda Resin/ Membran kation
Personal Computer
EOW
ERW Elektroda platina (inert)
Klorin meter Larutan garam : konsentrasi (0.05% ;0.1125% ;0.225% & 0,25 % berat)
potensial : 8V, 10 V, 12 V, 14 V
Di inkubasi 24 jam
Suspensi kuman 105 Mc Farlan 1 ml
Larutan EOW 1 ml
EOW + suspensi kuman berwarna bening Dituang pada media agar
Di inkubasi 48 jam
0,36
3409,92
Larutan yang mulai bening hingga bening ke-4 diambil 100 mikrometer
Voltammetri
Gambar skema rangkaian alat potensiostat
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kondisi Operasi Produksi EOW dengan membran kation ☺ free chlorine menigkat seiring meningkatnya waktu elektrolisa ☺waktu elektrolisa yang efektif adalah 30 menit
Grafik hubungan waktu terhadap free chlorine EOW yang dihasilkan pada elektrolisis NaCl 0,1125 % pada 19 V menggunakan membran kation
100000
Semakin tinggi konsentrasi NaCl dan potensial yang digunakan meningkatkan klorin bebas
0,05% 0,1125 %
10000
0,225 % Klorin bebas (ppm)
1000
0,25%
100
elektroda
10 1
Difusi 0,1
0,01 6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Potensial(volt)
Pengaruh potensial terhadap klorin bebas EOW pada elektrolisis menggunakan membran penukar kation dengan berbagai konsentrasi NaCl.
Kondisi Operasi Produksi EOW dengan membran kation
reaksi
Kondisi Operasi Produksi EOW dengan membran kation
pH
8
8
8
7
7
7
6
6
6
5
5
5
4
4
4
3
pH 3
pH 3
2
2
2
1
1
1
0
0
0
0
10
20
30
0
Waktu (t)
10
20
30
0
10
20
Waktu (t)
Waktu (t)
(b)
(c)
(a)
30
Gambar 4.3. Pengaruh potensial dan waktu operasi terhadap pH EOW pada (a) 0,1125 % (b)0,225 % (c) 0,25 % NaCl (
8 V,
10 V,
12 V,
14 V). Peningkatan potensial & konsentasi tidak memberikan perubahan pH yang signifikan
Cl2 + H2O HOCl
(Edstrom, 2003) Gambar 2.13. grafik pengaruh pH pada klorin di dalam air.
HOCl + H+ +ClH+ + OCl-
pH akan menunjukkan proporsi HOCl, OCl-, dan Cl2 dalam air
Reaksi Pembentukan EOW dengan Studi Voltametri Tabel 4.1. Beda Potensial elektroda kerja platina dan reference Ag/AgCl
Potensial produksi EOW Beda Potensial (Volt) terhadap Ag/AgCl (Volt) 8 2,2 10 2,3 12 2,6 14 2,7
0.0018 0.0012
y = 0.003x + 0.000 R² = 0.998
0.0006
0 0
0.2
0.4
0.6
(scan Rate)1/2
Reaksi produksi EOW pada daerah anoda adalah irreversible Puncak anodik & akar pangkat scan rate proporsional (inset) menunjukkan reaksi difusi mengontrol , sehingga absorbsi permukaan diabaikan
Gambar 4.5. Cyclic voltammograms larutan 0.1125 % NaCl pada berbagai scan rate (20-200
mV/s) . Inset menunjukkan plot arus puncak anodik terhadap scan rate pada 1.17737 V. Variasi scan rate 20 mV/s , 50 mV/s, 100 mV/s dan 200 mV/s (Grafik urut dari bawah ke atas)
Reaksi Pembentukan EOW dengan Studi Voltametri Peningkatan puncak anodik pada -0,9 V (a)
mengindikasikan Cl- teroksidasi menjadi Cl2.
2 Cl-
(b)
(c)
(d)
-1.2
-0.8
-0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
E/V vs. Ag/AgCl
Gambar 4.6 Grafik Cyclic Voltammogram pada elektroda Pt dalam larutan NaCl 0,1125 % dengan fungsi KCl pada berbagai konsentrasi : (a) 0.02 M, (b) 0.001 M, (c) 0.003 M, (d) blank.
Cl2 + 2e-
Reaksi Pembentukan EOW dengan Studi Voltametri
Terlihat puncak anodik pada 1 V yang mengindikasikan reaksi oksidasi Cl2 menjadi HClO. (a)
(b)
(c)
(d)
-1.2 -0.8 -0.4
0
0.4
0.8
1.2
1.6
2
E/V vs. Ag/AgC l
Gambar 4.7. Cyclic voltammogram pada elektroda Pt dalam larutan NaCl 0,1125 % dengan fungsi NaClO berbagai konsentrasi : (a) 0.011 M, (b) 0.005 M, (c) 0.003 M, (d) blank
Uji EOW pada Pseudomonas Aeruginosa
0,36
6,7
1264,64
214
35,8 142,08
542,12
2132,48
1789,44
3374,08
2831,36
Konsentrasi klorin bebas (ppm)
3409,92
542,12 ppm bakteri terhambat 1264,64 ppm bakteri mati
Efek EOW bakteri terhambat 542,12 ppm bakteri mati 1264,64 ppm Dengan Sodium hypochlorite
bakteri terhambat950 ppm bakteri mati 1900 ppm
Uji EOW pada Methicilin resistent staphylococus aureus 6,7 0,36
142,08 35,8
542,12 214
1789,44
1264,64
2831,36
2132,48
3409,92
Konsentrasi klorin bebas (ppm)
3374,08
542,12 ppm bakteri tidak tumbuh
Effek EOW
1264,64 ppm
bakteri terhambat214 ppm bakteri mati 542,12 ppm
Dengan Sodium hypochlorite sebagai kontrol bakteri terhambat 480 ppm bakteri mati 950 ppm
1789,44 ppm
Uji EOW terhadap bakteri Tabel 4.4. Efek bakterisida EOW pada Pseudomonas aeruginosa dan Methicilin resistent staphylococus aureus Konsentrasi Klorin Bebas jenis Bakteri
Pseudomonas aeruginosa Methicilin Resistent
Efek pada
(ppm) Sodium
Bakteri EOW
Hypochlorite
Menghambat
542,12
950
Membunuh
1264, 64
1900
Menghambat
214
480
Membunuh
421
950
Staphylococus aureus
EOW mampu mengahambat dan membunuh bakteri dengan klorin bebas lebih sedikit dibandingkan Sodium Hipoklorit (sekitar setengah kali)
Resin Sebagai Pengganti Membran 100000
0,05% 0,1125 % 0,225 % 0,25%
10000
Klorin Beba s (ppm)
1000
Semakin tinggi konsentrasi NaCl dan potensial yang digunakan meningkatkan klorin bebas
100
Kecenderungan yang sama dengan menggunakan membran kation pada produksi EOW menunjukkan bahwa resin mampu menggantikan membran
10 1
0,1 0,01
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Potensial (volt)
Gambar 4.12. Pengaruh potensial terhadap klorin bebas EOW yang dihasilkan pada elektrolisis dalam waktu 30 menit, menggunakan resin penukar kation dengan berbagai konsentrasi NaCl.
15
Kesimpulan 1.
Semakin tinggi potensial dan konsentrasi NaCl yang digunakan semakin tinggi klorin bebas EOW yang dihasilkan.
2.
Hasil uji menunjukkan bahwa EOW dapat diaplikasikan sebagai antiseptik yang memiliki kemampuan
membunuh bakteri lebih baik daripada Sodium
hypochlorite. 3.
Cyclic voltammogram menunjukkan bahwa reaksi pada produksi EOW adalah irreversibel.
4.
Potensial yang digunakan yaitu berkisar 2 V terhadap elektroda Ag/AgCl, cukup
efektif menghasilkan EOW dengan tidak adanya produk samping. 5.
Reaksi pada produksi EOW adalah sebagai berikut, Cl- teroksidasi menjadi Cl2 pada -0,9 V terhadap elektroda Ag/AgCl
2 Cl-
Cl2 + 2e-
oksidasi Cl2 menjadi HClO pada 1 V terhadap elektroda Ag/AgCl 6.
pembuatan EOW dengan menggunakan resin kation dapat menggantikan membran kation karena mampu memproduksi EOW yang mengandung klorin bebas cukup tinggi seperti halnya menggunakan membran kation.
Terima Kasih
Resin konsentrasi
Voltase
NaCl
8
10
12
14
0.05
0.95
1.57
2.53
2.67
0.1125
5.49
17.14
95.2
100.48
0.225
132.64
238.4
449.29
548.48
0.25
237.12
306
591.36
1038.08
0.05
0.13
0.5
1.01
6.85
7.2
8.5
8.09
10.6
20.88
22.24
39.96
17.62
106.56
258.24
661.76
membran
Nafion 117 membran Kation membrane exchange yang digunakan pada penelitian ini adalah nafion membrane yang diproduksi oleh dupont. Dupont de Nemours adalah yang pertama mengembangkan perfluorosulfonic membrane pada tahun 1962. Membrane ini terdiri dari polytetrafluoroethylene sebagai rantai utama dan rantai samping perfluorovinyl eter yang diterminasi oleh grup ionic sulfonat ( Heitner dkk, 1996). Struktur nafion membrane adalah sebagai berikut :
Gambar 2.8. struktur kimia nafion membran. Dimana M adalah counter ion (H+, Li+, Na+). Polimer ini sangat stabil terhadap bahan kimia, pH dan temperature.
solid CH2
CH
CH2
CH carrier
R+A-
R=
R+A-
SO3COO-
CF2
R=
CF2
CF2
NR3+
CF O
CF2 CF3
CF
O
CF2
SO3-M+
Resin Kation Figure 3 shows a schematic cation exchange resin bead. The dark lines represent the polymeric skeleton of the resin bead: it is porous and contains water. The fixed ions of this cation exchange resin are sulphonates (SO3–) that are attached to the skeleton. In this picture, the mobile ions are sodium (Na+) cations.
Each ion going into the bead has to be replaced by an ion getting out of the bead, again to preserve electrical neutrality. This is what is called ion exchange. When the resin is initially in the hydrogen form H+ (R-SO3–H+, abbreviated here as R-H), it can remove all cations from solution: R-H + Na+Cl– → R-Na + H+Cl–
Chlorine meter ExStik® CL200 chlorine tester. The electrode method employed by the ExStik® is approved by the U.S. Environmental Protection Agency (EPA) as an acceptable method for wastewater compliance monitoring of total chlorine. For this type of electrode method, a reagent tablet must be added to the measurement solution before testing. The CL200 can be used wherever a measurement of the total chlorine in water is needed. This is also referred to as total residual chlorine. It measures the total of all chlorine present in all forms, including dissolved free chlorine, chloramines, hyporchlorous acid and hypochlorite ion.
Menurut bu fau...prinsip nya adalah electroda selective ion. prinsipnya elektrokimia..jadi EOW terukur E selnya oleh elektroda yang kemudian dirubah jadi konsentrasi
