Penghilangan Nitrogen Amoniak dalam Air Limbah oleh Zeolit

Pencemaran air, seperti logam berat, zat warna, bahan pencemar organik, dan anorganik, merupakan masalah serius bagi manusia dengan pesatnya urbanisasi, industrialisasi, dan inovasi teknologi di berbagai disiplin ilmu. Banyak peneliti telah mengembangkan berbagai metode dan bahan untuk menghilangkan kontaminan.

Diantaranya, ion amonium konsentrasi tinggi merupakan pencemar utama dan berbahaya bagi kesehatan hewan dan manusia serta menyerang sistem perpipaan air. Penghapusan nitrogen amonia telah menarik perhatian besar dalam pengolahan air limbah.

Penghilangan Nitrogen Amoniak

Pencemaran air, seperti logam berat, zat warna, bahan pencemar organik, dan anorganik, merupakan masalah serius bagi manusia dengan pesatnya urbanisasi, industrialisasi, dan inovasi teknologi di berbagai disiplin ilmu. Banyak peneliti telah mengembangkan metode dan bahan yang berbeda untuk menghilangkan kontaminan. Diantaranya, ion amonium konsentrasi tinggi merupakan pencemar utama dan berbahaya bagi kesehatan hewan dan manusia serta menyerang sistem perpipaan air. Penghapusan nitrogen amonia telah menarik perhatian besar dalam pengolahan air limbah.

Untuk pengolahan air, beberapa metode seperti pengendapan kimia, proses biologis, pertukaran ion, dan adsorpsi telah diambil dan diterapkan untuk menghilangkan nitrogen amoniak dari air limbah.

Di antara teknologi ini, proses biologis sebagai salah satu teknologi yang paling banyak digunakan efektif untuk air limbah dengan ion amonium konsentrasi rendah tetapi memerlukan konfigurasi dan perutean proses yang rumit. Namun, proses biologis biasanya tidak berdaya dalam menangani larutan yang mengandung ion amonium konsentrasi tinggi.

Jadi, dorongan untuk menghilangkan nitrogen amoniak dengan konsentrasi tinggi telah memotivasi peningkatan yang signifikan dalam kegiatan penelitian. Dibandingkan dengan metode lain, pertukaran ion lebih menarik karena keuntungan dari operasi sederhana dan efektivitas tinggi.

Karena kemampuan pertukaran ion yang sangat baik dan luas permukaan yang tinggi, zeolit ​​alam dan zeolit ​​sintetis digunakan untuk menghilangkan nitrogen amoniak dari larutan berair dengan metode pertukaran ion. Karadag dkk. dan Huang dkk. menunjukkan bahwa baik klinoptilolit Turki alami dan zeolit ​​Cina memiliki kemampuan yang kuat untuk menghilangkan amonium dari larutan berair.

Dalam beberapa tahun terakhir, banyak peneliti telah menyelidiki penghilangan nitrogen amoniak dari larutan berair dengan menggunakan bahan ramah lingkungan, seperti zeolit ​​​​yang berasal dari limbah pertanian, fly ash, atau limbah industri.

Misalnya, Yusof dkk. melaporkan bahwa zeolit ​​Y yang disintesis dari limbah abu sekam padi ditemukan memiliki kapasitas adsorpsi yang lebih tinggi daripada mordenit untuk menghilangkan amonium, dan isoterm kesetimbangan membuktikan adsorpsi monolayernya.

Mishra dan Tiwari menemukan bahwa zeolit ​​13X yang berasal dari abu layang India memiliki daya serap yang baik untuk ion logam pada pH asam. Namun, pengumpulan dan pengolahan bahan baku ini merupakan masalah rekayasa utama yang harus dipecahkan dalam kasus komersialisasi zeolit ​​yang berasal dari limbah tersebut.

Elutrilithe, limbah padat yang tidak dapat digunakan, dibuang secara luas dan menumpuk di luar tambang batu bara di China. Apalagi jumlahnya terus meningkat sekitar 130 juta ton setiap tahun. Limbah padat yang begitu banyak tidak hanya menempati lahan pertanian yang luas tetapi juga menyebabkan kerusakan ekologis, seperti pencemaran udara dan pencemaran air.

Namun, elutrilit adalah gangue kaya kaolinit yang mengandung aluminosilikat, sesuai dengan komposisi kimia bahan bakunya, dan zeolit/komposit karbon aktif dapat diperoleh, melalui proses yang terdiri dari karbonisasi, aktivasi, dan transformasi hidrotermal aluminosilikat dalam larutan basa.

Material komposit ini memiliki kombinasi sifat adsorpsi zeolit ​​dan karbon aktif, dan aplikasinya telah muncul di industri pengolahan air limbah. Dalam penelitian kami sebelumnya, adsorpsi fenol pada material komposit X/AC telah dipelajari, dan material ini menunjukkan kapasitas adsorpsi yang sangat baik yang dikaitkan dengan keberadaan karbon aktif. Namun, penghilangan nitrogen amoniak oleh komposit ini belum dilaporkan.

Jadi, pekerjaan ini bertujuan untuk merealisasikan nilai zeolit ​​X/komposit karbon aktif yang disintesis dari limbah padat pada penghilangan nitrogen amoniak dari larutan berair. Nilai optimal pH, suhu, dan konsentrasi awal digunakan untuk percobaan batch.

Selain itu, perilaku kinetik dan keseimbangan komposit diselidiki dan beberapa model adsorpsi seperti Langmuir, Freundlich, dan Redlich-Peterson diadopsi agar sesuai dengan isoterm adsorpsi. Tingkat kinetika adsorpsi dihitung untuk mengevaluasi mekanisme adsorpsi yang mungkin. Bahan tersebut memiliki potensi yang signifikan dalam menghilangkan nitrogen amoniak yang hidup berdampingan dengan senyawa fenolik dari air limbah.

Metode Eksperimen

Persiapan Bahan Komposit

Pembuatan zeolit ​​X/komposit karbon aktif berdasarkan prosedur yang dilaporkan oleh Ma et al. Berikut ini adalah contoh sintesis tipikal: campuran elutrilit dan 35 wt.% pitch digunakan sebagai bahan awal dan diekstrusi ke dalam silinder (3,0 mm × 6,0 mm).

Ekstrudat dikarbonisasi oleh N2 dan kemudian diaktifkan menggunakan CO2 pada 850 ° C selama 24 jam. Setelah itu, zeolit ​​13X dibentuk dengan perlakuan hidrotermal dalam larutan NaOH pada suhu 65°C selama 12 jam, dilanjutkan dengan suhu 90°C selama 24 jam sambil diaduk. Dengan demikian diperoleh komposit zeolit ​​13X/karbon aktif yang diberi nama X/AC, dimana kandungan SiO2, Al2O3, dan karbon berturut-turut adalah 29%, 20%, dan 18%.

Karakterisasi Bahan

Pola difraksi sinar-X (XRD) material direkam pada Shimadzu XRD-6000 dengan radiasi Cu Kα pada 2θ dari 20°–70°, dalam langkah 8°. Isoterm adsorpsi dan desorpsi nitrogen diukur pada -196°C pada penganalisis Quantachrome. Sebelum pengukuran, sampel dievakuasi selama 3  jam pada suhu 300 °C.

Luas permukaan dihitung dengan rumus Brunauer-Emmett-Teller (BET) dan volume pori diperkirakan pada tekanan relatif 0,98. Distribusi ukuran pori diturunkan dari cabang adsorpsi isoterm, menggunakan metode teori fungsi densitas (DFT). Morfologi dianalisis dengan mikroskop elektron pemindaian Hitachi S-4800.

Eksperimen Adsorpsi Batch

Isoterm adsorpsi nitrogen amoniak diperoleh dengan percobaan batch pada suhu yang berbeda (30, 35, dan 40°C). Untuk setiap percobaan, 25 mL larutan nitrogen amoniak dengan konsentrasi awal yang berbeda () dan 6 g/L adsorben X/AC dicampur dalam labu. pH larutan diatur menjadi 6,5 dengan penambahan NaOH (0,1 mol/L) atau HCl (0,1 mol/L).

Campuran dikocok pada 150 rpm selama 20 h dalam shaker yang dikontrol suhu untuk memastikan keseimbangan. Akhirnya, adsorben disaring dan konsentrasi residu nitrogen amonia dianalisis oleh Walter.

Kinetika adsorpsi dilakukan dengan prosedur yang sama pada suhu 25°C, nilai pH larutan adalah 6,5, dan konsentrasi nitrogen amoniak awal adalah 69, 122, 280, 460, dan 500 mg/L. Setelah interval waktu yang berbeda, adsorben disaring dan konsentrasi residu dianalisis.

Isoterm adsorpsi

Komposit dibuat menjadi partikel berukuran 20~60 mesh sebagai adsorben amonium. Dalam gelas kimia 100 mL, komposit ditambahkan ke dalam larutan NH4Cl 25 mL dengan ransum 6 g/L. Nilai pH larutan diatur menjadi 6,5, dan waktu adsorpsi adalah 12 h. Termodinamika dan kinetika adsorpsi dipelajari dengan mengevaluasi pengaruh waktu adsorpsi dan konsentrasi awal.

Temperatur adsorpsi dan konsentrasi awal berpengaruh nyata terhadap adsorpsi. Konsentrasi pada titik kesetimbangan dan laju adsorpsi dipengaruhi oleh konsentrasi awal dan suhu.

Dengan konsentrasi awal yang sama, adsorpsi meningkat ketika suhu dinaikkan. Pada konsentrasi 151,73 mg/L, serapan amonium berturut-turut adalah 15,55, 17,44, dan 19,02 mg/g pada suhu 30, 35, dan 40°C. Penghilangan amonium dari larutan oleh komposit X/AC berawal dari pertukaran ion oleh zeolit.

Efektivitas dan efisiensi bahan ini mendekati fly ash dan 13X dilaporkan oleh Zheng et al. Hasil ini menunjukkan bahwa penghilangan nitrogen amoniak oleh komposit baru yang disintesis dari elutrilit ini layak dilakukan.

Selain itu, proses pertukaran ion bersifat endotermik, yang menjelaskan hasil bahwa adsorpsi nitrogen amoniak meningkat seiring dengan peningkatan suhu. Pada suhu yang sama, penyerapan meningkat ketika konsentrasi naik.

Dengan waktu adsorpsi yang sama, larutan dengan konsentrasi yang lebih tinggi dapat menghasilkan perbedaan konsentrasi yang lebih besar antara larutan dan adsorben, yang menawarkan gaya penggerak yang lebih tinggi untuk pertukaran ion, dan meningkatkan efisiensi adsorpsi.

Tiga model yang berbeda (Langmuir, Freundlich, dan Redlich-Peterson (RP)) diterapkan agar sesuai dengan isoterm adsorpsi. Parameter isoterm, nilai koefisien korelasi , dan kesalahan statistik RSME dirangkum dalam Tabel 1. Nilai model Langmuir dalam rentang 0,9221–0,9571 relatif rendah, sehingga tidak dapat menggambarkan data eksperimen secara akurat.

Selain itu, komposit X/AC tidak memiliki permukaan yang homogen, dan adsorpsi amonium tidak dalam satu lapisan. Jadi model Langmuir tidak berlaku dalam kasus ini. Nilai yang lebih tinggi untuk model Freundlich dan R-P dibandingkan dengan model Langmuir, menunjukkan bahwa model Freundlich dan R-P memberikan fitting yang lebih baik dalam adsorpsi nitrogen amoniak pada X/AC.

Konstanta Freundlich meningkat dengan meningkatnya suhu, menyiratkan bahwa adsorpsi nitrogen amoniak adalah endotermik, konstanta Freundlich kurang dari 1 menunjukkan bahwa permukaan X/AC adalah heterogen. Juga, model R-P bekerja dalam situasi berbagai konsentrasi, menjelaskan adsorpsi permukaan padat adalah heterogen.

Selanjutnya, perhitungan kesalahan statistik RMSE juga dilakukan. Hasil RMSE menunjukkan bahwa data pas model Freundlich dan Redlich-Peterson mendekati nilai sebenarnya, lebih unggul dari model Langmuir, dan hasilnya sesuai dengan hasil .

Kesimpulan

Dalam artikel ini, ditunjukkan bahwa zeolit ​​X/komposit karbon aktif yang berasal dari elutrilit adalah adsorben yang efektif untuk menghilangkan nitrogen amoniak. Parameter kesetimbangan adsorpsi, termodinamika, dan kinetika untuk proses adsorpsi telah diselidiki.

Dibandingkan dengan isoterm adsorpsi Langmuir, data adsorpsi kesetimbangan lebih baik dijelaskan oleh model Freundlich dan Redlich-Peterson. Sifat termodinamika adsorpsi nitrogen amoniak menyimpulkan bahwa prosesnya spontan dan proses endotermik dengan adsorpsi X/AC.

Kinetika adsorpsi paling baik digambarkan dengan model orde dua semu, yang menunjukkan proses adsorpsi adalah kemisorpsi. Bahan ini memiliki potensi yang signifikan dalam menghilangkan nitrogen amoniak yang hidup berdampingan dengan senyawa organik lainnya dari air limbah industri.

Distributor Zeolit Untuk Berbagai Aplikasi dan Industri

Jika Anda adalah perusahaan yang membutuhkan zeolit untuk pengolahan berbagai produk Anda, kami siap membantu. Ady Water jual zeolit untuk filter air jenis batu, pasir, dan tepung. Kemasan zeolit per karung 20 kilogram dan eceran 4 kilogram.

Kami juga sudah suplai zeolit ke industri food and beverage, berbagai BUMN, kebutuhan softener (Pelunak Air / Pengurang Kesadahan Air) rumah tangga. Semua produk kami ready stock. Selain itu, kami juga dapat memberikan suplai hingga puluhan ton secara rutin per bulan atau sesuai dengan kebutuhan Anda.

Untuk informasi lebih lanjut bisa hubungi kami di;

Pusat Zeolit Unggulan Ady Water Bandung

Jalan Mande Raya No. 26, RT/RW 01/02 Cikadut-Cicaheum, Bandung 40194

 

Zeolit Filtrasi Air Jakarta

Jalan Tanah Merdeka No. 80B, RT.15/RW.5 Rambutan, Ciracas, Jakarta Timur 13830

 

Zeolit Untuk Air Bersih Jakarta Barat

Jalan Kemanggisan Pulo 1, No. 4, RT/RW 01/08, Kelurahan Pal Merah, Kecamatan Pal Merah, Jakarta Barat, 11480

 

 Atau Anda juga bisa langsung kontak sales kami secara langsung baik via phone maupun WhatsApp:

•         0821 2742 4060 (Ghani)

•         0812 2165 4304 (Yanuar)

•         0821 2742 3050 (Rusmana)

•         0821 4000 2080 (Fajri)

•         0812 2445 1004 (Kartiko)

•         0812 1121 7411 (Andri)               

Untuk Anda yang membutuhkan zeolit baik untuk kebutuhan pengolahan air rumah tangga maupun industri termasuk bagi Anda yang menjalankan bisnis pengolahan air, silahkan kontak kami segera.

Jika Anda memiliki pertanyaan seputar zeolit, silahkan kontak kami untuk diskusi lebih lanjut dan temukan produk zeolit sesuai kebutuhan. Kami di Ady Water menawarkan zeolit terbaik untuk berbagai aplikasi. Silahkan datang ke kantor kami atau kontak sales kami di nomor di atas. Terima kasih.