Proses elektrokimia sanggup menghasilkan donasi yang benilai untuk menlindungi lingkungan ketika melaksanakan perawatan sungai dan proses produksi yang terpadu untuk meminimalkan limbah dan senyawa beracun. Misalnya pada perawatan anak sungai, reactor elektrokimia untuk menghilangkan ion logam dari air limbah, destruksi anodik dari pulutan organik dan teknik elektrokimia gres untuk memurnikan corong gas akan di deskripsikan. Contoh lain termasuk memisahkan garam dengan teknik membrane. Sebagai pola untuk proses industri dasar elektrolisis fluida untuk memperoleh logam kembali pada produksi selulosa asetat, proses membrane untuk industry elektrolisis klor-alkali, dan elektroreduktase dari asam dikloroasetat telah dipertimbangkan.
Peningkatan populasi di dunia seiring dengan berkembangnya industrialisasi telah menghasilkan situasi dimana santunan lingkungan menjadi gosip yang besar dan factor krusial untuk perkembangan proses industri dimasa depan,sehingga diperlukan perkembangan yang berkelanjutan. Elektrokimia menjanjikan suatu pendekatan untuk mencegah problem polusi pada proses industri laba yang niscaya didapat yakni kecocokan pada lingkungan, disebabkan oleh fakta bahwa reagen utamanya berupa elektron merupakan ‘reagen yang bersih’. Strategi ini termasuk didalamnya perawatan anak sungai dan limbah serta membuatkan proses atau produk yang gres dengan imbas yang lebih aman, seringkali disebut sebagai proses perindungan lingkungan terpadu :
1. Perlindungan katodik dan anodic pada anak sungai dan limbah. Hal ini termasuk semua teknik dimana materi beracun akan dihilangkan dari gas,cairan, atau bahkan padatan pada step terakhir dari proses industri.
2. Proses pelindungan lingkungan terpadu. Hal ini termasuk mendaur ulang materi bahan yang msih bernilai pada proses penghasilan limbah dengan teknologi elektrokimia tyang lebih higienis dengan produksi limbah yang lebih sedikit atau tidak ada sama sekali.
Spesies polusi sanggup dihilangkan dan didestruksi secara pribadi atau tidak pribadi dengan proses oksidasi/reduksi elektrokimia di sel elektrokimia tanpa efek berkelanjutan dari zat kimia redoks. Selanjutnya, selektifitas yang lebih tinggi dari banyak proses elektrokimia akan membantu mencegah produk yang tidak diinginkan pada proses produksi, dimana pada banyak kasus hal ini harus di tangani sebagai limbah.
Keuntungan mengunakan proses elektrokimia secara umum:
1. Keuntungan dalam beberapa hal : oksidasi dan reduksi secara pribadi atau tidak langsung, pemisahan fasa, konsentrasi atau dilusi.
2. Efisiensi energi : pada umumnya proses elektrokimia membutuhkan suhu yang lebih rendah, contohnya insenerasi termal. Elektroda dan sel di desain untuka meminimalisir kehilangan daya yang disebabkan lantaran distribusi arus inhomogen, tegangan turun dan reaksi samping.
3. Dapat melaksanakan automatisasi : sistem menghasilkan variabel yang melekat, contohnya potensial elektroda dan arus sel.
4. Biaya terjangkau : konstruksi sel dan alat periferal pada umumnya sederhana dan jikalau diperlukan suata desain juga tidak mahal.
A. Perlindungan Katodik pada Air dan Sungai
Air limbah dari sektor industri berbeda, menyerupai electroplating, perkembangan fotografi, perkembangan papan sirkuit atau teknologi baterai,membutuhkan perawatan Istimewa untuk menghilangkan ion logam berbahya atau mendur ulang materi yang masih bernilai. Disebabkan lantaran meningkatnya meningkatnya perputaran yang lebih ketat pada sungai, konsentrasi dari ion logam telah menurun beberapa tahun terakhir. Tabel 1. Menunjukan perkembangan dari beberapa ion logam di Jerman dari 1983 – 1991 dan untuk perbandingan nilai terakhir di Switzerland. Selebihnya, biaya untuk membuang lumpur yang mengandung logam bebahaya juga meningkat beberapa tahun terakhir. Teknik ion pengganti sebagai alternatif dari pengendapan hidroksida juga menghasilkan peningkatan yang berarti. Dengan demikian metode ini terlalu mahal untuk beberapa sungai dan resin ion pengganti yang sempurna tidak tersedia untuk semua jenis logam. Situasi ini menjadi insentif untuk perkembangan teknologi gres dan proses yang lebih efisien untuk pengolahan limbah dalam air.
Tabel 1. Nilai effluent dan konsentrasi logam pada pengendapan hidroksida.
Sejak ion logam sanggup dihilangkan dengan cara katodik maka proses elektrokimia terus dikembangkan, beberapa diantara nya telah digunakan secara komersial telah digunakn diindustri. Dilihat dari sudut pandang termodinamika, dengan persamaan Nernst kita sanggup memprediksikan konsentrasi logam pada larutan sehingga sanggup diturunkan. Namun, pada konsentrasi yang sangat rendah rata rata proses transpor massa sangat rendah. Dalam percobaan, elektrolisis pada konsenrasi dibawah 0,05 ppm tidak lagi hemat lantaran meningkatnya waktu elektrolisis dan hasil waktu yang tidak sanggup diterima. Karena densitas arus pada konsentrasi ion logam yang rendah terlalu kecil, peningkatan energy pada proses pemurnian limbah pada umumnya terlalu rendah, umumnya mendekati 0,05 DM m-3 . Dengan persamaan sebagai berikut:
Bedasarkan pada aturan Faraday dm sebanding dengan muatan elektrolisis :
Dimana φe yakni efisiensi arus, A yakni luas elektroda bahwasanya dan M yakni massa molekul ion logam. Proses kondisi yang optimal berlangsung ketika rata rata reaksi heterogen mencapai densitas arus difusi, i=i1 :
Sehingga hasil sanggup ditunjukkan dengan rumus berikut :
Rumus ini merupakan kunci untuk desain dan konstruksi reactor elektrokimia untuk pengolahan limbah dan daur ulang logam. Kinerja reactor tidak trgantung pada kandungan limbah. Sehingga, Kreysa mengenalkan definisi dari kecepatan normalisai ruang sebagai berikut :
Sel elektrokimia diklasifikasikan menjadi 3 kelompok :
1. Peningkatan transport masa dan meningkatnya densitas arus dengan pengaturan elektroda pada pergerakan atau dengan menggunakan turbulansi promotor.
2. Usaha untuk mengakomodasi luas elektroda pada volume sel kecil yang dihasilkan pada perkembangan menyerupai sel multiple katoda.
3. Peningkatan koefisien transfer massa dan perbesaran luas eletroda spesifik diperlukan mengunakan elektroda tridimensional. Misalnya RETEC sel.
Berikut ini beberapa pola dari konstruksi sel ditunjukkan pada Gambar 1 – 10 :
Gambar 1. Sketsa sel pompa, merupakan analog yang merotasi celah sel kapiler, sel ini belum digunakan pada skala industry.
Gambar 2. Sketsa sel Chemelec, ditemukan oleh Bewt Water Engineers, Alcaster, England, digunakan sebagai dasar fluida bola gelas pada promotor turbulansi untuk meningkatkan transfer massa pada elektroda yang mengandung elektroda logam.
Gambar 3. Pengilangan ion Ni2+ pada air bilasan dan mendaur ulangnya pada wadah galvanic.
Gambar 4. Konfigurasi Cascade pada sel ECO, di desain di UK, dan sudah digunakan pada skala industry.
Gambar 5. Sel Beat rod, dengan kurva konsentrasi-waktu dalan penghilangan perak.
Gambar 6. Sketsa sel Swiss roll dengan elektroda foil dan pemisah plastik, merupakan jalan yang effisien untuk elektroda dengan luas penampang besar.
Gambar 7. Flow-troungh dan flow-by cuilan sel dengan elektroda 3D, umumnya digunakan pada electroplating yang kecil.
Gambar 8. Design sel Packed-bed dari sel enViro, digunakan untuk sel elektrokimia dengan konsentrasi rendah, dimana konsentrasi logam sanggup di reduksi menjadi factor 1/1000. Sel en Viro yang terlah tersebar luas dan digunakan pada skala industri ditunjukkan pada Tabel 2.
Tabel 2. Aplikasi enViro dalam industry.
Gambar 9. Sel elektroda Fluidished bed, berdasarkan Flrischmann dan Goodridge.
Gambar 10. Sel tabung berputar.
Untuk membandingkan reactor dan desain sel yang berbeda diatas, kesimpulan dari data operasi ditunjukan pada Tabel 3. Karena data yang diperoleh bergantung pada sel yang mempunyai ukuran berbeda dan kondisi pemrosesan. Cara lain yang sanggup digunakan untuk membandingkan proses yang berbeda ini ditunjukan pada data Table 4. Data ini mendekati efesiensi hemat yang berhubungan.
| Tabel 3. Data operasi pada sel elektrokimia berbeda untuk air limbah. |
Tabel 4. Konsumsi energy spesifik pada skala indutri berbeda.
B. ELEKTRODA PADA PEMURNIAN GAS
Meningkatnya pemurnian gas, terutama pembangkit listrik tenaga kecil, pemanasan pada pembakaran unit atau pabrik kimia telah mendorong pengembangan konsep gres berupa teknik pemurnian gas secara elektrokimia. Banyak polutn gas, menyerupai hidrogen sulfida, oksida nitrat, atau welirang dioksida memungkinkan dikonversi dalam sel elektrokimia,karena potensial standarnya berada pada stabilitas yang baik dalam larutan elektrolit :
Beberapa konsep pemurnian gas secara elektrokimia sanggup ditemukan dalam literatur.
Proses perkembangan yang gres telah dikembangkan lantaran gas yang dikeluarkan dari corong tidah hanya mengandung SO2 tetapi juga NOX. perkembangan proses untuk menstimulasi abolisi kedua komponen telah diinvestigasi, dan menghasilakan denah reaksi alternative sebagai berikut:
C. Proses Perlindungan lingkungan terpadu
Pada industry kimia khususnya cabang sel galvani, konsep teknologi zero effluent telah diterima secara luas, lantaran lebih higienis dan sehat. Perrangkat yang berbeda untuk pengelektrolitik pengolahan limbah dan pemurnian logam dari air limbah secara electroplating juga sanggup digunakan untuk mendaur ulang air. Faktanya,daur ulang menjadi lebih gampang dari pada perawatan simpulan dari sungai.
Pemisahan NOx secara tidak langsung
Kombinasi dari membran penukar ion dan resi penukar ion konvensional untuk perawatan air sungai telah dijelaskan dalam literature. Konsep ini secara signifikan mengurangi resistensi, konsumsi daya, dan kenaikan luas permukaan dari poses elektrodialisis konvensional. Bahan penukar ion terus menerus di regenerasi secara elektrokmia oleh H+ dan OH-. Ion yang dihasilkan oleh pemisahan air di sirkuit listrik DC yang padat. Aplikasi utama dari teknologi ini merupakan, produksi air ultra murni dan pemindahan serta pemulihan logam berat dan logam mulia dari limbah industri.
Sel membrane untuk pemisahan garam menggunakan membrane bipolar.
Sejumlah proses elektrokimia dan beberapa perangkat telah dikembangkan pada skala industry dalam beberapa tahun terakhir untuk santunan lingkungan. Beberapa diantaranya telah dibahas diatas, tetapi tidak semua, hal ini telah diuji di laboratorium dan bahkan pada skala besar. Beberapa diantaranya sudah dikomersialisasikan lantaran keunggulan spesifikasinya. Karena beberapa keuntungan, proses pengolahan limbah dan pencegahan polusi secra elektrokimia akan meningkat dan diterima dimasa depan. Pada proses diindustri yang melibatkan reaksi reduksi oksidasi sanggup dengan gampang digantikan dengan langkah elektrolisis yang menghemat ruang,waktu, dan energi sehingga menghasilkan teknologi yang terpadu dan lingkungan yang bersih.
EmoticonEmoticon