Membran Hibrida Baru untuk Sel Bahan Bakar: Laponite Termodifikasi/Polisulfon Tersulfonasidisusun oleh: Ekky Riza Enggawati 1408100061 untuk seminar kolokium Kamis, 19 Mei 2011
Disadur dari jurnal New hybrid membrane for fuel cells: plasma treated laponite based sulfonated polysulfone (Buquet, dkk, 2010)
Contents:
1. 2. 3. 4. 5.
LATAR BELAKANG PERMASALAHAN DAN TUJUAN PENELITIAN PROSEDUR KERJA HASIL DAN PEMBAHASAN KESIMPULAN
Latar BelakangAnoda: 2H2 4H+ + 4eKatoda: 4H+ + O2 + 4e- 2H2O
proton exchange membrane (membran penukar proton)
Membran Hibrida: m-Laponite/PSU dan m-Laponite/SPSU
Perumusan Masalahbagaimanakah...
Tujuan Penelitianuntuk mengetahui:
1. pengaruh penambahan laponite termodifikasi pada membran PSU terhadap permeabilitas dan konduktifitas proton 2. pengaruh penambahan laponite termodifikasi pada membran SPSU terhadap permeabilitas dan konduktifitas proton 3. desain membran yang dapat mempertahankan kestabilan serta konduktifitas protonnya pada temperatur tinggi
Prosedur Kerja1. Sulfonasi PSUPolisulfon (PSU) dilarutkan dalam dikloroetana (DCE) ditambahkan larutan asam klorosulfonat-DCE disaring
endapan dicuci dengan NaOH dan air dikeringkan pada suhu 80 C
filtrat
polisulfon tersulfonasi (SPSU)
2. Modifikasi LaponiteBubuk Laponite dialiri dengan plasma He dimasukkan dalam larutan p-stiren sulfonatdimetil formamida digoncangkan selama 48 jam dengan pengaduk mekanik disaring
endapan
filtrat
dicuci dengan dimetil formamida
laponite termodifikasi (m-laponite)
3. Preparasi MembranPolimer dilarutkan dalam 1-metil-2-pirolidinon dicetak dikeringkan pada suhu 80 C dicelupkan dalam air
4. Preparasi Membran Hibridam-Laponite dilarutkan dalam 1-metil-2-pirolidinon ditambahkan polimer (PSU atau SPSU) diaduk selama 4 jam dicetak dikeringkan pada suhu 80 C
Membran
Membran Hibrida
5. Karakterisasi MembranMembran PSU Membran SPSU Membran SPSU + m-Lp Membran PSU + m-Lp
KARAKTERISASI
FTIR
PERMEADIFFUSIOMETER
NERACA MIKRO
KONDUKTIMETER
Hasil dan Pembahasan1. Karakterisasi Gugus Fungsi dengan FTIRa) polisulfon (PSU)
b) polislfon tersulfonasi
2. Pengukuran Permeabilitas Air Pengukuran permeabilitas air dilakukan menggunakan alat permeadiffusiometer yang berprinsip pada proses pervaporasi. untuk mengetahui profil koefisien difusi.
Permeabilitas dapat dihitung dengan persamaan:
up = 1
down = 0 karena w = up - down = 1 maka:
P = J.L
a) b) c) d) e) f)
PSU PSU + 1%m-Lp PSU + 2%m-Lp PSU + 3%m-Lp PSU + 4%m-Lp PSU + 5%m-Lp
fluks air terkoreksi ketebalan sebagai fungsi waktu tereduksi
Membran PSU PSU + 1%m-Lp PSU + 2%m-Lp PSU + 3%m-Lp PSU + 4%m-Lp PSU + 5%m-Lp
P (Barrer) 5570 1719 1733 2050 1653 2053
D0 (x108 cm2s-1) 1,3 0,39 0,30 0,27 0,22 0,36
DI (x108 cm2s-1) 1,7 0,46 0,39 0,65 0,51 0,97
DL (x108 cm2s-1) 1,9 0,498 0,45 0,88 0,67 1,35
Nilai koefisien difusi D0 DI DL Nilai koefisien difusi tidak konstan UJI KESESUAIAN
profil koefisien difusi mengikuti persamaan
3. Pengukuran Serapan Air untuk mengetahui mekanisme serapan molekul air dan sifat ketahanan air membran hibrida
Adanya gugus SO3H menyebabkan serapan air meningkat.
Mode serapan gandaTerdiri dari serapan Langmuir dan hukum Henry. Molekul air terserap ke dalam rongga-rongga tertentu (adsorpsi Langmuir), lalu terserap pada seluruh bagian membran (hukum Henry).
Model Park:Setelah molekul air terserap sesuai adsorpsi Langmuir dan hukum Henry, molekul air membentuk kelompok (cluster).
mekanisme serapan air pada PSU sesuai dengan mode serapan ganda (kurva a), dan serapan air pada SPSU sesuai dengan model Park (kurva b)
4. Pengukuran Koefisien Difusi Air untuk menghitung nilai koefisien difusi air koefisien difusi air dapat ditentukan dari pengukuran pertambahan massa karena penyerapan air pada membran, dengan persamaan:
untuk waktu yang lebih lama (Mt/Meq>0,5), koefisien difusi dapat ditentukan dengan persamaan:
Membran PSU PSU + 1%m-Lp PSU + 2%m-Lp PSU + 3%m-Lp PSU + 4%m-Lp PSU + 5%m-Lp
D1 (x107cm2s-1) 10,9 9,8 7,5 6,1 6,9 4,3
D2 (x107cm2s-1) 10,8 10,3 6,9 4,4 4,7 3,3
Penambahan Laponite termodifikasi pada membran PSU menurunkan koefisien difusi.
Membran SPSU
D1 (x107cm2s-1) 15,7
D2 (x107cm2s-1) 12,6 12,2 12,0 15,7
SPSU + 1%m-Lp 14,0 SPSU + 3%m-Lp 20,0 SPSU + 5%m-Lp 23,1
Penambahan Laponite termodifikasi pada membran SPSU meningkatkan koefisien difusi.
5. Pengukuran Konduktivitas Proton untuk mengetahui konduktivitas proton membran hibrida Konduktivitas proton diukur dengan konduktimeter. Resistansi membran adalah selisih dari resistansi tanpa membran dan resistansi dengan membran:
Selanjutnya, konduktivitas proton ditentukan dengan persamaan:
Rm = Rwm Rw + L
Penambahan Laponite termodifikasi pada membran SPSU meningkatkan konduktivitas proton.
untuk membran PSU, konduktivitas proton tetap nol meskipun kadar laponite mencapai 10 20% Profil konduktivitas proton membran hibrida laponite termodifikas/SPSU terus meningkat seiring dengan kenaikan temperatur. Oleh karena itu, membran tersebut merupakan kandidat membran yang dapat mempertahankan kestabilan dan konduktivitas proton pada temperatur tinggi.
Kesimpulan Kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian ini adalah:1. 2. 3. Penambahan laponite termodifikasi pada membran PSU menurunkan permeabilitas. Sementara, konduktivitas protonnya tetap nol meskipun telah ditambahkan laponite termodifikasi sampai 20%. Penambahan laponite termodifikasi pada membran SPSU meningkatkan permeabilitas dan konduktivitas proton. Membran laponite termodifikasi/SPSU dapat dijadikan sebagai alternatif membran Nafion, serta kandidat membran yang dapat mempertahankan kestabilan dan konduktivitas protonnya pada suhu tinggi.
Perjalanan ribuan mil itu pun dimulai dari sebuah langkah kecil...
TERIMAKASIH
