SINTESIS GAS HIDROGEN DARI LIMBAH ALUMUNIUM
DAN PEMANFAATAN LIMBAH YANG DIHASILKAN
Anisa Winarni, Khilda Nurlaila, Farah Kamalia,
Adi Prayoga, Mia Adha
Mahasiswa Program Studi Kimia, Fakultas Sains
dan Teknologi,
Universitas Islam Negeri Syarif Hidayatullah
Jakarta
Jl. Ir. H. Juanda No. 95 Ciputat 15412
Abstrak
Gas hidrogen adalah gas yang tidak berwarna, tidak berbau dan tidak
berasa.Gas hidrogen atau H2 mempunyai kandungan energi per satuan
berat tertinggi, dibandingkan dengan bahan bakar manapun. Salah satu metode
sintesis gas hidrogen adalah dengan mereaksikan aluminium (Al) dalam larutan
basa kuat (Kalium hidroksida). Reaksi antara keduanya akan menghasilkan larutan
aluminat dan gas hidrogen. Aluminat atau limbah dari aluminium dapat
dimanfaatkan kembali untuk memproduksi tawas (KAl(SO4)2.12H2O). Tawas adalah kelompok garam rangkap berhidrat
berupa kristal dan bersifat isomorf yang digunakan dalam pemurnian air,
pengolahan limbah, dan bahan pemadam api. Gas hidrogen yang dihasilkan pada
masing-masing massa Aluminium adalah 0,0899 L; 0,2483 L; 0,4986 dan 0,6519 L.
Daya hantar listriknya 0,896 Volt. Tawas yang dihasilkan sebanyak 2,79 gram.
Kata kunci: gas hidrogen,
aluminium, tawas.
Abstract
Hydrogen is a gas that is colorless and odorless. Hydrogen or H2
contains the highest energy per weight, compared with any fuel. One of
synthesis hydrogen method is by reacting aluminum (Al) in strong alkaline
solution (Potassium hydroxide). The reaction both of them produces aluminate
solution and hydrogen. Aluminate or aluminum waste can be use to produce alum
(KAl(SO4)2.12H2O). Alum is hydrated double
salt and isomorphic that used in water purification, sewage treatment, and fire
extinguishing agent. Hydrogen obtained 0,0899 L; 0,2483 L; 0,4986 and 0,6519 L
in each mass of Aluminum. Electrical conductivity is 0.896 Volt. Produce of
Alum is 2.79 grams.
Keywords : hydrogen, aluminum, alum.
PENDAHULUAN
Gas hidrogen adalah gas yang tidak berwarna,
tidak berbau dan tidak berasa.Gas hidrogen atau H2 mempunyai kandungan
energi per satuan berat tertinggi, dibandingkan dengan bahan bakar
manapun.Hidrogen merupakan unsur yang sangat aktif secara kimia, sehingga
jarang sekali ditemukan dalam bentuk bebas.Di alam, hidrogen terdapat dalam
bentuk senyawa dengan unsur lain, seperti dengan oksigen dalam air atau dengan
karbon dalam metana.Sehingga untuk dapat memanfaatkanya, hidrogen harus
dipisahkan terlebih dahulu dari senyawanya agar dapat digunakan sebagai bahan
bakar.
Ada beberapa metode pembuatan gas hidrogen. Namun semua metode
pembuatan tersebut prinsipnya sama, yaitu memisahkan hidrogen dari unsur lain
dalam senyawanya. Salah satunya adalah dengan mereaksikan aluminium (Al) dalam
larutan basa kuat (kalium hidroksida). Reaksi antara keduanya akan menghasilkan
larutan aluminat dan gas hidrogen.
Aluminat atau limbah dari aluminium dapat
dimanfaatkan kembali untuk memproduksi tawas. Tawas adalah kelompok garam
rangkap berhidrat berupa kristal dan bersifat isomorf. Tawas ini dikenal dengan
nama KAl(SO4)2.12 H2O yang dikenal banyak sebagai koagulan didalam
pengolahan air maupun limbah. Sebagai koagulan alum sulfat sangat efektif untuk
mengendapkan partikel yang melayang baik dalam bentuk koloid maupun suspensi.
Alum merupakan salah satu senyawa kimia yang dibuat dari molekul air dan dua
jenis garam, salah satunya biasanya Al2(SO4)3. Alum kalium
merupakan senyawa yang tidak berwarna dan mempunyai bentuk kristal oktahedral
atau kubus ketika kalium sulfat dan aluminium sulfat keduanya dilarutkan dan
didinginkan. Larutan alum kalium tersebut bersifat asam.Alum kalium memiliki
titik leleh 900oC. Kalium aluminium sulfat
dodekahidrat (tawas kalium) dengan rumus KAl(SO4)2.12H2O digunakan dalam
pemurnian air, pengolahan limbah, dan bahan pemadam api.
METODOLOGI
Peralatan yag
di gunakan adalah Botol kaca bekas yang bersih dan kering 1
buah, balon, wadah plastic, Membaran feul cell, Alat sederhana pembentuk
gas hydrogen beserta wadah penampungnya,Hydrogen storage, Erlenmeyer 250 ml 3
buah, Backer glass 600 ml 1 buah, Hotplat1 buah,dan Corong 2 buah.
Sedangkan bahan
yang digunakan adalah NaOH 0,1 M;10 %, KOH 20 %, Etanol 70%, limbah alumunium,
aquades, Natrium hidroksida (NaOH) 3 M, Kertas saring 6 lembar, H2SO4
6M.
Cara pembuatan gas hydrogen, timbang alumunium
seberat 5 gram, kemudian Potong kecil alumunium tersebut ± 5-6cm, Isi setengah
wadah plastic dengan air. Masukan 10 ml NaOH 0,1 M ke dalam botol lalu masukan
potongan alumunium. Segera pasang balon di mulut botol dengan kencang.Lalu
masukan botol yang telah terpasang balon ke dalam wadah plastic yang telah
berisi air tadi. Amati reaksi apa yang terjadi.Sesekali goyangkan botol
perlahan – lahan, tapi jangan sampai balonnya lepas .Lalu hitung volume gas
yang ada dalam balon.
Pengujian Daya Hantar, dimasukan larutan 50ml
NaOH 3M kedalam botol alat tersebut, Dipotong kecil-kecil alumunium foil
kemudian ditimbang sebanyak 1,1 gram lalu dimasukkan kedalam botol tersebut,
Ditutup botol alat tersebut dengan balon secara hati-hati dan cepat.Ditunggu
gas hydrogen yang dihasilkan hingga balon tersebut dapat membesar.Di lepaskan
selang penyambung dan disambungkan kealat hydrogen storage.Dibuka tutup pentil
dan dilihat reaksi yang terjadi serta dicatat tenaga daya hantar listrik yang
dihasilkan.
Pembutan Tawas dengan menggunakan NaOH, timbang alumunium
foil 1 gr.Dituangkan 50 ml larutan NaOH 10 % ke dalam erlenmeyer kemudian
dimasukan potongan alumunium foil perlahan lahan (hati – hati). Perhatikan
reaksinya, tunggu sampai gelembung – gelembung dalam erlenmeyer habis.Panaskan
erlenmeyer menggunakan hotplate, sampai gelembung gas pada erlenmeyer benar –
benar habis, jika pemenasan sudah selesai.Saring larutan tersebut ke dalam
corong yang telah dipasang kertas saring.Kemudian diamkan diamkan erlenmeyer
sampai tidak terlalu panas lagi (dingin).Setelah dingin masukan 30 ml larutan H2SO4
6 M. Saring kembali larutan tersebut dengan kertas saring dan corong yang baru.
Kemudian didinginkan dalam backer glass yang telah berisi es batu, amati apa
yang terjadi !apakah terbentuk kristas atau tidak dalam backer glass. Jika
terbentuk kristas. Saring dengan kertas saring yang diletakan dalam corong.
Lalu kertas saringnya dibilas dengan etanol 70 % dan diamkan selama 1
hari lalu ditimbang berat tawas (Kristal) yang terbentuk.
Pembuatan Tawas dengan menggunakan KOH, timbang alumunium foil 2
gr.Dituangkan 50 ml larutan KOH 20 % ke dalam erlenmeyer kemudian dimasukan
potongan alumunium foil pelahan lahan (hati–hati). Perhatikan reaksinya, tunggu
sampai gelembung–gelembung dalam erlenmeyer habis.Panaskan erlenmeyer
menggunakan hotplate, samapi gelembung gas pada erlenmeyer benar–benar habis,
jika pemenasa sudah selesai. Saring larutan tersebut ke dalam corong yang
telah dipasang kertas saring. Kemudian diamkan diamkan erlenmeyer sampai
tidak terlalu panas lagi (dingin).Setelah dingin masukan 30 ml larutan H2SO4
6 M, saring kembali larutan tersebut dengan kertas saring dan corong yang baru.
Kemudian didinginkan dalam backer glass yang telah berisi es batu, amati apa
yang terjadi !apakah terbentuk kristas atau tidak dalam backer glass. Jika
terbentuk kristas. Saring dengan kertas saring yang diletakan dalam corong.Lalu
kertas saringnya dibilas dengan etanol 70 % diamkan selama 1 hari lalu
ditimbang berat tawas (Kristal) yang terbentuk.
PEMBAHASAN
Sintesis gas hydrogen
Pembentukan gas hydrogen yang dihasilkan didasarkan pada reaksi
alumunium dengan air yang menggunakan NaOH sebagai katalis. Dari variasi yang
dilakukan terhadap massa alumunium. volume terbesar gas hydrogen yang
dihasilkan menunjukan penggunaan massa alumunium 0.8 gram dengan volume gas
hydrogen 1.008 L.
Table 1.produksi hydrogen dengan variasi massa alumunium
Volume NaOH 2M (ml)
|
Massa alumuniumium foil (gam)
|
Volume gas hydrogen
(L)
|
50
|
0.1
|
0.124
|
50
|
0.2
|
0.249
|
50
|
0.4
|
0.504
|
50
|
0.8
|
1.008
|
Perbedaan volume gas yang terbentuk pada percobaan 1, 2, 3, dan 4
dipengaruhi oleh perbedaan massa dari alumunium, semakin besar massa aluminium
yang direaksikan dengan NaOH, semakin banyak gas hydrogen yang akan dihasilkan
karena alumunium mudah terkikis oleh ion OH-.
Gambar 1 :
Grafik hubungan antara variasi massa aluminium dengan volume gas hidrogen
Reaksi yang dihasilkan dari pencampuran antara NaOH dan alumunium
akan menghasilkan 3 mol gas hydrogen. 2Al(s)+6H2O(l)→2Al(OH)3(aq)+3H2(g)
Namun NaOH disini hanya berperan sebagai katalis karena konsentrasi
NaOH yang kami gunakan bisa dibilang masih dalam konsentrasi yang rendah, hanya
2 M sehingga tidak akan menjadi reaktan pada alumunium.
Setelah gas hydrogen ditampung dalam suatu
wadah yaitu balon, dilakukan pengujian untuk memastikan apakah gas tersebut
adalah gas hydrogen.karena gas hidrogen merupokan gas yang sangat reaktif dan
sifatnya yang tidak stabil maka pembakaran dapat dilakukan sebagai proses
pengujian, hidrogen akan menghasilkan ledakan apabila terkena panas akibat
kereaktifannya yang tinggi.
Pembuatan tawas dari limbah alumunium
Tawas adalah
senyawa kimia berupa garam sulfat yang memiliki banyak sekali ragamnya salah
satunya yang paling populer adalah Aluminum Sulfat yang banyak digunakan oleh
PDAM untuk memproses air sungai menjadi ari bersih (oleh karena itu disebut
juga dengan nama populer Alum).
Penggunaan KOH
Proses awal pembuatan tawas dilakukan dengan melarutkan potongan
kedalam larutan KOH sambil dipanaskan. Pemanasan ini bertujuan untuk
mempercepat kelarutannya, karena semakin tinggi suhu dan semakin luas
permukaan zat maka kelarutannya semakin besar.
Pada penambahan KOH reaksi berjalan cepat dan bersifat
eksoterm karena menghasilkan kalor. Dalam reaksi ini terbentuk gas
H2 yang ditandai dengan munculnya gelembung- gelembung
gas.Gelembung-gelembung gas hilang setelah semua aluminium bereaksi. Setelah Al
larut, dihasilkan larutan berwarna hitam. Reaksi antar Al dan KOH
berlangsung melalui persamaan berikut : 2AL(s)+2KOH(aq)+2H2O(l)à2KAlO2(aq)+3H2(g)
Setelah proses pelarutan selesai, dilakukan proQses penyaringan,
proses penyaringan ini bertujuan untuk menyaring ion-ion pengganggu, dan yang
tersisa hanya tinggal filtratnya. filtrat ini kemudian diambil, dan ditetesi
dengan asam sulfat. Proses penambahan asam sulfat ini dilakukan secara perlahan
sambil diaduk, hal ini bertujuan agar semua Al yang berada di dalamnya dapat
bereaksi sempurna dengan pembentukan endapan yang sempurna secara
teratur. Penambahan asam sulfat secara perlahan juga bertujuan
agar dapat mengendalikan pH dengan mengecek pH setiap beberapa
tetes sekali, sehingga larutan tidak akan terlalu asam dan tidak terlalu basa,
sehingga penambahan H2SO4 dapat dihentikan tepat pada pH 1-2,
karena pada pH 1-2 terjadi pengendapan yang sempurna dan dapat
mengikat kation K+ dan Al3+. Reaksi antar zat yang dihasilkan
dari reaksi antar Al dan KOH dengan asam sulfat
menghasilkan endapan yang berwarna putih.
2KAlO2(aq)+2H2O(l)+H2SO4(aq)àK2SO4(aq) +Al(OH)3(s)
Warna putih yang terbentuk berasal dari senyawa
Al(OH)3. senyawa Al(OH)3 yang bersifat basa dicampurkan dengan asam
sulfat hingga pHnya 1-2. Hal tersebut bertujuan untuk membentuk kation-kation
(K+ dan Al3+) yang merupakan elemen elemen yang diperlukan untuk membentuk
tawas.
Larutan pH 1-2 tersebut dipanaskan dengan suhu 60-80oC.Setelah
dipanaskan dan kemudian didinginkan terbentuklah kristal-kristal
tawas. Pada percobaan yang dilakukan, kristal tawas terbentuk cukup
lama dan tidak terlalu banyak. Hal ini dikarenakan KOH yang digunakan hanya 25
ml. Kristal-kristal tawas yang telah terbentuk didinginkan. Pada
saat pendinginan ini, larutan dibiarkan diudara terbuka hingga dingin, pada
saat ini endapan yang terbentuk adalah Kal(SO4)2.12H2O. Setelah dingin,
dilakukan penyaringan dan dibilas dengan air dan alkohol, yang bertujan
untuk mencuci endapan dan membilas sisa tawas yang tersisa di
erlenmeyer serta fungsi alkoholnya untuk mempercepat
penguapan larutan pencuci.Kristal yang terbentuk kemudian disaring dan
dikeringkan.
24H2O+2Kal(SO4)2(aq)à2Kal(SO4)2.12H2O(s)
Tawas yang berkualitas baik berbentuk bongkahan dan tidak berwarna
(bening). Sedangkan dalam proses pembuatannya yang dilakukan didpatkan bentuk
serbuk halus dan berwarna putih. Hal ini dapat disebabkan karena masih ada sisa
alumunium foil yang belum bereaksi dengan KOH sehingga menyebabkan bobot Al
berkurang,
Table 2.Perbandingan massa
tawas yang dihasilkan
Larutan
|
Volume larutan (ml)
|
Massa tawas (gram)
|
NaOH 2M
|
25
|
-
|
KOH 2M
|
25
|
2,79
|
Dari data perbandingan tabel 1 dapat dilihat
bahwa tawas hanya dihasilkan pada saat yang menggunakan larutan KOH saja
sedangkan saat menggunakan larutan NaOH tawas sama sakali tidak terbentuk. Hal
ini disebabkan karena larutan NaOH yang
digunakan adalah NaOH teknis yaitu suatu
larutan yang dibuat dengan kadar yang kurang murni sebenarnya dalam pembuatan
tawas larutan yang digunakan haruslah larutan yang murni atau yang biasa
disebut sebagai larutan pro analis. Larutan KOH yang digunakan dalam
pembentukan tawas ini adalah larutan pro analis maka saat menggunakan larutan
ini pembentuka tawas terbentuk sebagai endapan putih tawas hingga didapatkan 2,
79 gram. Tawas yang telah dihasilkan ini diuji dengan air keruh bagaimana tawas
dapat menjernihkan air keruh tersebut.Dengan membuat variasi tawas, dengan
adanya larutan konrol.
Tabel 3. Perbandingan
Hasil Uji Tawas
Jenis tawas
|
Hasil pengamatan
|
Tawas hasil percobaan
|
Masih keruh
|
Tawas pasaran
|
jernih
|
Ini berarti tawas pasaran kualitasnya lebih
baik dari tawas yang dihasilkan dari percobaan karena, mungkin tawas yang
dihasilkan dari percobaan masih terdapat ion pengotor yang ikut mengendap
sehingga itu ion pengotor tersebut kan mempengaruhi kualitas tawas dalam
tugasnya menjernihkan air yang keruh.
REFERENSI
Vogel. 2005. Buku Teks Analisis Anorganik Kualitatif Makro Dan Semimikro Bagian, Edisis ke 5. Jakarta: PT Kalman Media Pustaka
Chang, Raymond. 2004. Kimia Dasar Jilid 2. Jakarta. Erlangga
Cotton dan Wilkinson. 2013. Kimia Anorganik
Dasar. Jakarta : UI Press
UINjkt.ac.id/indeks.php/valensi/article/dow nload/236/151. Diakses pada tanggal 19 Oktober 2013,
pada jam 19.33.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar