Irawan, Candra (2013) Adsorpsi Ion Fe2+ Menggunakan Adsorben Abu Layang Batubara. Magister thesis, Universitas Brawijaya.
Abstract
Abu layang batubara yang dihasilkan dari pembakaran batubara PLTU berupa partikel abu yang terbawa oleh gas buang sedangkan abu yang tertinggal dan dikeluarkan dari bawah tungku disebut abu dasar ( bottom ash ). PLTU Lati Berau merupakan satu-satunya PLTU yang ada di Kalimantan Timur dan sebagai pensuplai tenaga listrik di Kabupaten Berau yang berdiri sejak tahun 2005 mampu memproduksi hanya 2 x 7 MW atau 70.000 ton / tahun dengan menghasilkan 1400 ton abu layang setiap tahunnya. Abu layang batubara yang dihasilkan sejak tahun berdiri 2005 sampai sekarang masih belum diolah sehingga menjadi permasalahan dalam pembuangannya. Oleh karena itu perlu usaha-usaha memanfaatkan limbah padat tersebut. Kualitas air tanah atau air sumur bor di Balikpapan masih di bawah standar air bersih dan tidak layak konsumsi, karena kandungan Fe sangat tinggi, air berwarna kekuningan dan bau logam besi. Hal ini dapat di amati secara kasat mata dimana terbentuknya plak kuning pada bak mandi, serta adanya endapan pada dasar bak mandi merupakan indikasi bahwa air mengandung endapan garam Fe(III). Oleh karena itu perlu adanya adsorben yang digunakan untuk mengadsorpsi logam Fe terutama ion Fe 2+ salah satunya dengan menggunakan adsorben abu layang. Keuntungan adsorben berbahan baku abu layang adalah dapat digunakan baik untuk penyisihan logam berat dalam pengolahan limbah cair maupun limbah zat warna karena biayanya murah. Tahap penelitian yang dilakukan antara lain preparasi abu layang , aktivasi abu layang dengan H 2 SO 4 , karakterisasi abu layang dengan XRF, FTIR dan SEM, penentuan kondisi optimum adsorpsi ion logam Fe oleh adsorben abu layang ( fly ash) batubara yang meliputi variasi massa adsorben, lama kontak, pH, dan konsentrasi adsorbat, aplikasi pada sampel asli (air tanah) pada kondisi optimum, dan evaluasi adsorpsi berdasarkan konsep adsorpsi Langmuir dan Freundlich. Proses aktivasi secara kimia menggunakan H2SO4 dimaksudkan untuk menghilangkan zat pengotor yang ada pada abu layang dengan ion H + . Hal ini disebabkan oleh semakin besarnya jumlah ion H + yang masuk ke struktur abu layang maka semakin besar pula jumlah zat pengotor dalam abu layang yang tergantikan dengan ion H + (H-Abu layang) sehingga abu layang mempunyai gugus aktif yang mudah melepaskan proton yaitu gugus asam Bronsted. Hasil karakterisasi dengan XRF abu layang sebelum aktivasi dan setelah aktivasi dengan H 2 SO 4 4M, 6M dan 8M kandungan Fe dalam abu layang sebelum diaktivasi masih tinggi yakni 42,4 % sedangkan kandungan Si hanya 16,5 %. Setelah aktivasi H 2 SO 4 4M dan 6M unsur Si mulai meningkat yakni 47,8 % dan menurun lagi 34,4 % tetapi unsur Fe masih lebih tinggi 33,8% dan 38,5%. Setelah aktivasi H 2 SO 4 8M unsur Si meningkat 45,75 % sedangkan unsur Fe turun 10,3%. Hal ini dikarenakan adanya pergantian ion Fe 2+ dengan ion H+ akibat aktivasi H 2 SO 4 pada abu layang. Hasil karakterisasi dengan FTIR dari abu layang menunujukkan spectra abu layang sebelum diaktivasi menunjukkan pita serapan pada bilangan gelombang 3413,71 cm -1 merupakan vibrasi ulur gugus -OH, bilangan gelombang 1635,52 cm -1 merupakan vibrasi tekuk gugus –OH dari molekul H2O yang terserap, bilangan gelombang 1012,56 cm -1 yang lebar dengan intensitas tajam menunjukkan vibrasi rentangan asimetris Si-O-Si yang menunjukkan adanya gugus Si-O atau Al-O pada struktur TO 4 yang berkaitan dengan gugus Si-OH. Serapan pada 775,33 cm -1 menunjukkan vibrasi rentangan simetris Si-O-Si yang diikuti mode bending Si-O pada bilangan 472,5cm -1 , menunjukkan adanya struktur pori dalam abu layang. Hasil pengukuran untuk mengkarakterisasi morfologi permukaan adsorben abu layang sebelum dan sesudah aktivasi H 2 SO 4 8M menggunakan instrument SEM pada abu layang sebelum aktivasi sebagian pori abu layang masih tertutupi oleh zat pengotor sehingga jumlah porinya lebih sedikit dibandingkan jumlah pori setelah diaktivasi serta menunjukkan diameter pori abu layang sebelum aktivasi (566 nm – 761 nm) dibandingkan dengan diameter pori setelah diaktivasi dengan H 2 SO 4 (1,43 – 9,06 μm). Hasil penentuan pengaruh massa adsorben terhadap adsorpsi ion Fe 2+ dilakukan pada konsentrasi adsorbat sebesar 20 ppm dengan waktu kontak 30 menit, dan kecepatan pengocokan 100 rpm. Variasi massa adsorben yang digunakan adalah 1,0; 1,5; 2,0; 2,5;3,0;3,5 dan 4,0 g. Hasilnya bahwa massa Fe teradsorpsi meningkat hingga penggunaan adsorben 2,5 g. Sedangkan pada massa 2,5 – 4 g massa Fe teradsorpsi terjadi penurunan. Penentuan pengaruh lama kontak dilakukan dengan metode batch pada variasi waktu kontak 15, 30, 45, 60, 75, 90 dan 105 menit. Penelitian dilakukan pada konsentrasi adsorbat sebesar 20 ppm dengan massa adsorben 2,5 g dan kecepatan pengocokan 100 rpm. waktu kontak 15 sampai 60 menit terjadi peningkatan persen adsorpsi yang cukup besar. Penurunan persentase ion Fe 2+ teradsorpsi terjadi pada dari menit 60 ke 105. Penentuan pengaruh pH larutan sintesis Fe dilakukan menggunakan adsorben abu layang dengan massa optimum 2,5
English Abstract
Coal fly ash produced from coal burning power plant in the form of ash particles are carried away by exhaust gases while remaining ash and removed from the bottom of the furnace is called bottom ash. Lati Berau coal plant is the only plant that is in East Kalimantan and as a supplier of electricity in the Berau district that was established in 2005 to produce only 2 x 7 MW or 70,000 tonnes/year was produced 1400 tons of fly ash annually. Coal fly ash produced since 2005 up till now still have not processed to be a problem in the disposal. Therefore efforts should attempt to utilize the solid waste. Ground water quality or water wells drilled in Balikpapan is still under water standard and not fit for consumption, because the Fe content is very high. The water is yellowish and smelly ferrous metals. This can be observed by naked eye where the yellow plaque formation in the bath tub, and the sediment at the bottom of the bath tub is an indication that the water contains Fe (III) salt precipitated. Hence the need an adsorbent that is used to adsorb Fe metal especially Fe 2+ ions one using fly ash adsorbent. Profits made from fly ash adsorbent is able to be used both for elimination of heavy metals in waste water treatment and waste dyes because of low cost. Stages of research undertaken include preparation fly ash, fly ash activation by H 2 SO 4 , characterization of fly ash by XRF, FTIR and SEM, the determination of optimum conditions for adsorption of Fe metal ions by the coal fly ash adsorbent which includes: variations of adsorbent mass, contact time , pH, and concentration of the adsorbate, the application on the original sample (ground water) in optimum conditions, and evaluation of adsorption proses by Langmuir and Freundlich adsorption concept. Chemical activation process using H 2 SO 4 intended to eliminate impurities that exist in the fly ash with H + ions. This is caused by the growing number of H+ ions entered to the structure of fly ash, the greater the amount of impurities in the fly ash are replaced by H + ions (H-fly ash) that fly ash has active group which readily releases the proton as a acidic Bronsted groups. Characterization using XRF results for fly ash before activation and after activation with 4M H 2 SO 4 , 6M and 8M shows that Fe content in the fly ash before it is activated is still high at 42.4%, while Si content only 16.5%. After the activation using of 4M and 6M H 2 SO 4 the element Si has increased to 47.8% and decrease again to 34.4% but still higher than Fe element of 33.8% and 38.5%. After activation using 8M H 2 SO 4 Si element increased up to 45.75% while the Fe element down to10.3%. This is due to the change of Fe 2+ ions with H + ions due to the activation of H 2 SO 4 on fly ash. FTIR characterization results with the pre-activated fly ash spectra showed absorption bands at wave numbers 3413.71 cm -1 is the group-OH stretching vibration absorption band followed the wave number 1635.52 cm -1 is the group-OH bending vibrations of H2O molecules that absorption, wave number 1012.56 cm -1 wide with sharp intensity showed asymmetric stretch vibration of Si-O-Si groups which indicate the presence of Si-O or Al-O on TO 4 structure associated with Si-OH groups. Absorption at 775.33 cm -1 shows the symmetric stretch vibration of Si-O-Si followed by Si-O bending mode at 472.5 cm -1 numbers, showing the pore structure in the fly ash. The measurement results of characterization morphology surface of fly ash adsorbent using SEM instrument before and after activation with 8M H 2 SO 4 shows that before activation, partially porous fly ash still covered by impurities so that the number of pores less than the pore after activated and also pore diameter of fly ash before activated (566 nm - 761 nm) compared to the pore diameter after activated with H 2 SO 4 (1.43 to 9.06μm). Results of the determination of the variations mass of adsorbent of 1.0 1.5, 2.0, 2.5, 3.0; 3.5 and 4.0 g on the adsorption effect of Fe 2+ ions performed on adsorbate concentration of 20 ppm with a contact time of 30 minutes, and the agitation speed of 100 rpm. The results show that the mass of the adsorbed Fe increased by the use of adsorbent mass of 2.5 g. While the mass of adsorbent of 2.5 to 4 g, the mass of the adsorbed Fe decreased. Determination of the effect of contact time was conducted using batch method at a time variation of contacts 15, 30, 45, 60, 75, 90 and 105 minutes. The study was conducted at a concentration of 20 ppm adsorbate with adsorbent mass of 2.5 g and a speed of 100 rpm shaking. Increased percent Fe substantial adsorption occurs at the contact time of 15 to 60 minutes. While the decline in the percentage of adsorbed Fe 2+ ions occurs at minute 60 to 105. Determination of the effect of pH Fe artificial samples performed using fly ash adsorbent with optimum mass of 2.5 g, the optimum contact time of 60 minutes and a stirring speed of 100 rpm. Determination of the effect of pH on the batch system performed
| Item Type: | Thesis (Magister) |
|---|---|
| Identification Number: | TES/541.335/IRA/a/041308013 |
| Subjects: | 500 Natural sciences and mathematics > 541 Physical chemistry > 541.3 Miscellaneous topics in physical chemistry |
| Divisions: | S2/S3 > Magister Matematika, Fakultas MIPA |
| Depositing User: | Endro Setyobudi |
| Date Deposited: | 05 Mar 2014 12:34 |
| Last Modified: | 05 Mar 2014 12:34 |
| URI: | http://repository.ub.ac.id/id/eprint/157523 |
Actions (login required)
 |
View Item |