Pengolahan limbah fenol dengan metode oksidasi lanjutan menggunakan mesin berkas elektron-hidrogen peroksida

SWANTOMO, Deni, Prof. Ir. Wahyudi Budi Sediawan, SU., Ph.D

2009 | Tesis | S2 Teknik Kimia

Degradasi fenol dengan proses oksidasi lanjutan merupakan salah satu teknologi alternatif yang menjanjikan. Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui efisiensi dan model kinetika degradasi fenol menggunakan H2O2, radiasi elektron, serta kombinasi radiasi elektron dengan H2O2. Penelitian ini juga mempelajari pengaruh konsentrasi H2O2, konsentrasi fenol, dosis radiasi, dan pH terhadap efisiensi degradasi fenol. Degradasi fenol dilakukan dengan tiga jenis proses reaksi dalam reaktor batch. Percobaan pertama adalah degradasi fenol menggunakan H2O2. Percobaan dilakukan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi H2O2 dengan mereaksikan fenol 150 ppm dengan berbagai konsentrasi H2O2: 10, 20, dan 30 ppm pada reaktor batch untuk variasi lama waktu reaksi: 20, 40, 60, 80, dan 100 menit. Percobaan untuk mengetahui pengaruh konsentrasi fenol dilakukan dengan mereaksikan H2O2 30 ppm dengan berbagai variasi konsentrasi fenol: 50, 150, dan 250 ppm. Percobaan kedua adalah degradasi fenol menggunakan radiasi elektron yang dilakukan untuk mempelajari pengaruh dosis radiasi, konsentrasi fenol, dan pH terhadap efisiensi degradasi fenol. Dosis radiasi yang digunakan adalah 14,6; 33,7; 44,8; 59,3 dan 72,0 kGy. Konsentrasi fenol dibuat variasi 50, 100, 150, 200, dan 250 ppm. Variasi pH yang digunakan adalah 2, 4, 7, 9, dan 11. Percobaan ketiga adalah degradasi fenol menggunakan kombinasi radiasi elektron dengan penambahan H2O2 pada berbagai konsentrasi: 0, 10, 20, 30, dan 40 ppm. Hasil penelitian menunjukkan bahwa persentase fenol terdegradasi semakin besar dengan bertambahnya konsentrasi H2O2 dan berkurang dengan bertambahnya konsentrasi fenol. Persentase fenol terdegradasi terbesar adalah 33,76 % untuk reaksi 50 ppm fenol dengan 30 ppm H2O2 selama 100 menit. Kinetika reaksi degradasi fenol dengan H2O2 berupa reaksi orde dua dan konstanta kecepatan reaksinya (k) 3,0 x 10-5 ppm-1. menit-1. Hasil percobaan degradasi fenol dengan radiasi elektron menunjukkan bahwa persentase fenol terdegradasi semakin besar dengan bertambahnya dosis radiasi dan berkurang pada konsentrasi fenol yang lebih besar serta pH larutan yang lebih tinggi. Persentase fenol terdegradasi paling tinggi adalah 49,24 % pada konsentrasi fenol 50 ppm dengan dosis radiasi 72 kGy, dan pH 2. Kinetika reaksi degradasi fenol dengan radiasi elektron berupa reaksi orde satu semu dan konstanta kecepatan reaksinya (k) 0,0279 detik-1. Hasil percobaan degradasi fenol dengan kombinasi radiasi elektron dengan H2O2 menunjukkan penambahan H2O2 pada konsentrasi sampai 20 ppm dapat meningkatkan persentase fenol terdegradasi. Persentase fenol terdegradasi paling tinggi adalah 58,64 % untuk penambahan H2O2 20 ppm. Kinetika reaksi degradasi fenol dengan kombinasi radiasi elektron dengan H2O2 adalah reaksi orde 1,05 dan konstanta kecepatan reaksinya (k) 0,0759 ppm-0,05. detik-1. Senyawa hasil degradasi fenol adalah hydroquinone, benzoquinone, dan asam oksalat.

Phenol degradation by advanced oxidation processes is one of the new promising alternative technologies. The aims of this research are to study the efficiency and reaction kinetics models of phenol degradation by using H2O2, electron beam radiation, and combination of electron beam radiation and H2O2 as well as to investigates the influenced of H2O2, phenol concentration, radiation doses, and pH on phenol degradation efficiency. Phenol degradations were carried out using three reaction types in a batch reactor. The first experiment was phenol degradation using H2O2. The experiments were conducted in order to determine the influenced of H2O2 concentration by reacting 150 ppm of phenol under various H2O2 concentrations: 10, 20, and 30 ppm in a batch reactor with various reaction time: 20, 40, 60, 80, and 100 minutes. The experiments for determining the influenced of phenol concentration were conducted by reacting of 30 ppm H2O2 with various phenol concentrations: 50, 150, and 250 ppm. The second experiment was phenol degradation using electron beam radiation that were conducted to investigate the effect of radiation doses, phenol concentration, and pH on phenol degradation efficiency. Radiation doses used were 14.6 ; 33.7 ; 44.8 ; 59.3 and 72.0 kGy. Phenol concentrations were varied 50, 100, 150, 200, and 250 ppm. Variations of pH used were 2, 4, 7, 9, and 11. The third experiment was phenol degradation using combined electron beam radiation and H2O2 added at various H2O2 concentrations: 0, 10, 20, 30, and 40 ppm. The results show that the percentage of phenol degradation increases as H2O2 concentration increases and decreases as phenol concentration increases. The maximum percentage of phenol degradation is 33.76 % for reaction of 50 ppm phenol and 30 ppm H2O2 for 100 minutes. Reaction kinetics of phenol degradation using H2O2 is a second order reaction with the reaction rate constant (k) is 3.0 x 10-5 ppm-1. minutes-1. The experimental results of phenol degradation using electron beam radiation show that percentage of phenol degradation increases as radiation doses increases and decreases as phenol concentration and pH of solution increases. The maximum percentage of phenol degradation is 49.24 % for 50 ppm phenol under radiation doses of 72 kGy and pH of phenol 2. Reaction kinetics of phenol degradation using electron beam radiation is a pseudo-first order reaction with the reaction rate constant (k) is 0.0279 second-1. The experimental results of phenol degradation using combined electron beam radiation with H2O2 show that H2O2 addition until 20 ppm can increase the percentage of phenol degradation. The maximum percentage of phenol degradation is 58.64 % for 20 ppm H2O2 addition. Reaction kinetic of phenol degradation using combined electron beam radiation with H2O2 is 1.05 order reaction and its reaction rate constant (k) is 0.0759 ppm-0.05. second-1. The product compounds of phenol degradation are hydroquinone, benzoquinone and oxalic acid.

Kata Kunci : Degradasi fenol,Proses oksidasi lanjutan,Radiasi elektron,Pemodelan kinetika, phenol degradation, advanced oxidation processes, electron beam radiation, kinetics models