Ads 720 x 90

Pembuatan Natrium Hidroksida / NaOH dengan Sel Elektrolisis

Natrium hidroksida (NaOH) atau yang sering disebut soda api atau caustic soda banyak diproduksi pada skala industri, antara lain pabrik pulp dan kertas, sabun dan detergent, rayon, tekstil, dan industri kimia yang lain. Produksi konvensional NaOH skala industri umumnya menggunakan sel elektrolisis.

Elektrolisis NaCl (Chlor-Alkali Process)

Chlor-Alkali process adalah proses elektrolisis larutan NaCl jenuh yang menghasilkan larutan NaOH, gas Cl2, dan gas H2. Ada 3 jenis proses elektrolisis NaCl yang dikenal, yaitu:
  1. Proses Diafragma yaitu proses elektrolisis yang menggunakan diafragma asbes untuk memisahkan sel anoda dan katoda.
  2. Proses Merkuri yang menggunakan Hg sebagai katoda yang berikatan dengan ion Na membentuk amalgram NaHg. Amalgram ini bereaksi dengan air membentuk NaOH dan Hg dikembalikan ke dalam sel.
  3. Proses Ion Exchange Membrane adalah elektrolisis menggunakan ion exchange membrane untuk memisahkan sel anoda dan katoda.
Prinsip proses elektrolisis NaCl menjadi NaOH
Jika ke dalam larutan NaCl dialirkan arus listrik searah, maka akan terjadi reaksi berikut:
2 NaCl + 2 H2O -> H2 + Cl2 + 2 NaOH
Reaksi yang terjadi di katoda:
2 H2O + 2e -> H2 + 2 OH-
Reaksi yang terjadi di anoda:
2 Cl- -> Cl2 + 2e
  • Proses Diafragma

Pada proses ini asbes dipakai sebagai diafragma berfungsi untuk menghalangi bertemunya Cl2 yang terbentuk di anoda dengan NaOH yang terjadi di katoda. Gas H2 terjadi di bagian katoda. Konsentrasi larutan NaOH yang dihasilkan berkisar antara 10-12% dan mengandung sekitar 15% NaCl yang tidak bereaksi. Sel diafragma memerlukan energi yang lebih kecil daripada sel merkuri, tetapi hasil NaOH perlu dipekatkan dan NaCl sisa harus diendapkan. Pemekatan ini memerlukan biaya investasi dan energi yang tinggi, serta larutan NaOH yang dihasilkan mempunyai kemurnian yang rendah. Asbes yang dipakai sebagai diafragma juga tidak ramah lingkungan.
sel diafragma elektrolisis naoh
Gambar 2. Skema sel diafragma
Contoh sel diafragma antara lain: sel Hooker type S, sel Vorce katoda rangkap, sel Dow, dan sel diamond alkali.

  • Proses Merkuri

Pada proses ini, Hg (merkuri) dipakai sebagai katoda dan grafit sebagai anoda. Larutan NaOH terjadi melalui pembentukan amalgram (NaHg). Sel merkuri terdiri atas 3 unit, yaitu:
  1. Sel elektrolisis (primary cell), di sini NaCl dielektrolisis menjadi Na+ dan Cl-, selanjutnya Na+ berikatan dengan Hg membentuk amalgram Hg.
  2. Secondary cell (Denude/decomposer), di sini Na amalgram bereaksi dengan air membentuk NaOH, H2, dan melepas Hg yang kemudian direcycle.
  3. Mercury pump untuk memompa Hg dari secondary cell ke primary cell.
sel merkuri pembuatan naoh elektrolisis
Gambar 3. Skema sel merkuri.
Contoh sel merkuri antara lain: De nora, Krebs, dan Sorensen cell.
Sel merkuri mempunyai kelebihan dibanding sel diafragma, yaitu:
  1. Kemurnian hasil NaOH tinggi (kurang lebih 50%)
  2. Kemurnian hasil tinggi (pabrik rayon dapat menggunakan NaOH hasil dari sel merkuri tanpa pemurnian)
  3. Lebih fleksibel dalam mengatur kapasitas
  4. Kapasitas lebih besar
  5. Jarang ada masalah (trouble free)
Selain mempunyai kelebihan, sel merkuri juga memiliki kekurangan, yaitu:
  1. Biaya produksi besar
  2. Pada saat awal reaksi perlu Hg dalam jumlah banyak. Untuk memproduksi 1 ton Cl2/hari diperlukan 1 ton Hg
  3. Make up Hg berkisar antara 0,2-0,25 kg/ton Cl2 yang diproduksi.
  4. Hg mahal dan tidak ramah lingkungan karena termasuk polutan.
  5. Penggunaan energi listrik yang besar, sehingga pembakaran fosil yang besar dan mengeluarkan gas CO, CO2 ke atmosfer yang berkontribusi ke global warming.
Dari sisi safety:
  1. Gas hidrogen (H2) mudah terbakar. Sehingga perlu diperhatikan safetynya ketika dipindahkan dan disimpan.
  2. Gas klorin (Cl2) merupakan gas beracun, juga irritant di suhu yang tinggi.
  3. Natrium hidroksida (NaOH) merupakan basa kuat yang korosif.

  • Proses Ion Exchange Membrane
Pada proses ini, antara  ruang katoda dan anoda dibatasi oleh ion exchange membrane (corrosion-resistant perfluoro carbonic acid atau sulfonic acid polymer sebagai membran). NaCl jenuh dimasukkan ke ruang anoda dan air murni dimasukkan ke dalam katoda. Cl2 dihasilkan di anoda sedangkan H2 dan NaOH dihasilkan di katoda. Proses ini menghasilkan NaOH dengan konsentrasi sekitar 30% sehingga dibutuhkan steam lebih banyak untuk pemekatan.

Proses ini mempunyai kelebihan dibandingkan dengan proses diafragma dan merkuri, yaitu:
  1. Total energi yang diperlukan (listrik dan steam) lebih rendah.
  2. Tidak menghasilkan polutan (Hg atau asbes)
  3. Memerlukan voltage yang lebih rendah.
ion exchange membrane elektrolisis proses naoh
Gambar 4. Skema proses ion exchange membrane
Proses ini mirip dengan sel diagram. Elektroda yang digunakan sama, dan spesi yang teroksidasi dan tereduksi pun sama. Yang membedakan ion exchange membrane dengan sel diagram adalah parisi yang digunakan membrannya, yang menyebabkan hanya ion Na+ yang dapat melewati membran, ion Cl- ataupun OH- tidak bisa lewat.

Daftar pustaka:
Sofiyah, Supranto, dkk., Proses Industri Kimia, Departemen Teknik Kimia UGM, Yogyakarta.
-, HSC Chemistry - Industrial Chemistry notes, Dux College, https://dc.edu.au/hsc-chemistry-industrial-chemistry/, diakses pada tanggal 16 Agustus 2019.

Related Posts

Post a Comment

Subscribe Our Newsletter