Penyisihan Kontaminan dari Air Limbah Hasil Daur Ulang Baterai LiFePO4 (LFP) Menggunakan Penukar Ion Resin Kation Amberlite HPR1100 Na dan Resin Anion Dowex Marathon A

https://doi.org/10.22146/jrekpros.69847

Satryo Dewanto Suryohendrasworo(1*), Laras Prasakti(2), Sarah Nabila Salma(3), Agus Prasetya(4)

(1) Universitas Gadjah Mada
(2) Universitas Gadjah Mada
(3) Universitas Gadjah Mada
(4) Universitas Gadjah Mada
(*) Corresponding Author

Abstract


Pada tahun 2025, diperkirakan kebutuhan baterai Li-ion akan mencapai 400.000 ton. Upaya strategis diperlukan untuk mewujudkan pemakaian baterai Li-ion yang berkelanjutan. Setelah siklus pemakaian baterai Li-ion berakhir, baterai Li-ion akan diproses kembali untuk diambil kandungan logam-logam penting yang terkandung di dalam katoda, terutama litium. Secara umum, proses recycle tersebut dilakukan dengan metode hidrometalurgi yang terdiri atas rangkaian leaching dan presipitasi. Namun demikian, dalam proses pemurnian tersebut dihasilkan air limbah yang mengandung beragam logam dengan konsentrasi yang berbeda. Untuk baterai LFP, logam-logam tersebut berasal dari katoda yang mengandung Li, Na, Si, dan PO4. Proses pelindian dan pencucian serbuk katoda membutuhkan air dalam jumlah yang relatif besar. Pengolahan air limbah hasil proses daur ulang baterai diharapkan dapat secara signifikan meningkatkan efisiensi penggunaan air. Pada eksperimen ini, metode adsorpsi batch dengan ion-exchange resin kation Amberlite HPR1100 Na dan resin anion Dowex Marathon A digunakan untuk menghilangkan ion logam dari air limbah artifisial. Pengambilan sampel air limbah yang diolah diambil pada menit ke-3, 6, 10, 20, 30 dan hari ke-3. Berdasarkan pada hasil removal percentage, diperoleh bahwa pengolahan air limbah artifisial metode adsorpsi dengan menggunakan ion-exchange resin kation Amberlite HPR1100 Na dapat mengurangi kadar ion litium dan natrium sampai 100% pada menit ke-20 dengan variasi dosis adsorben 10 g/100 mL, sedangkan penggunaan ion-exchange resin anion Dowex Marathon A dapat mengurangi kadar ion fosfat sampai 100% pada menit ke-30 dengan dosis adsorben 10 g/100 mL. Dengan adsorpsi isotherm didapat model Langmuir lebih sesuai dengan data eksperimen dengan nilai parameter Qm dan KL untuk ion litium sebesar 1,16 mg/g dan 2,57 mg/g, ion natrium sebesar 74,62 mg/g dan 0,04 mg/gL/mg, dan ion fosfat sebesar 208,33 mg/g dan 0,06 mg/g. Selain itu, studi kinetika menunjukkan bahwa model pseudo second-order memiliki kesesuaian data yang lebih baik daripada pseudo first-order.


Keywords


Pengolahan Air Limbah; Air limbah Proses Recycling Baterai; Resin Anion-exchanger; Baterai LFP; Adsorpsi; Resin Kation-exchanger

Full Text:

PDF


References

Amalia, D., 2021, “Pemurnian Hasil Recovery Litium dari Limbah Lithium-Ion-Batteries (LIBs) dengan Cara Adsorpsi”, Laporan Tesis, Program Studi Magister Teknik Kimia, Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada.

Asasian, N., Kaghazchi, T. and Soleimani, M., 2012. Elimination of mercury by adsorption onto activated carbon prepared from the biomass material. Journal of Industrial and Engineering Chemistry, 18(1), pp.283-289.

Berber-Mendoza, M.S., Leyva-Ramos, R., Alonso-Davila, P., Fuentes-Rubio, L. and Guerrero-Coronado, R.M., 2006, “Comparison of isotherms for the ion exchange of Pb(II) from aqueous solution onto homoionic clinoptilolite”, Journal of Colloid and Interface Science, 301, 40-45.

Bong, E.Y., Esthiaghi, N., Wu, J., Parthasarathy, R., 2015, “Optimum solids concentration for solids suspension and solid-liquid mass transfer in agitated vessels”, Chemical Engineering Research and Design, 100, 148-156.

Bulut, Y. and Aydın, H., 2006. A kinetics and thermodynamics study of methylene blue adsorption on wheat shells. Desalination, 194(1-3), pp.259-267.

Chagnes, A. and Pospiech, B., 2013. A brief review on hydrometallurgical technologies for recycling spent lithium‐ion batteries. Journal of Chemical Technology & Biotechnology, 88(7), pp.1191-1199.

Dunn, J.B., Gaines, L., Barnes, M., Sullivan, J.L. dan Wang, M., 2014, “Material and energy flows in the materials production, assembly, and end-of-life stages of the automotive lithium-ion battery life cycle”, https://doi.org/10.2172/1177517.

Gaines, L., 2014, “The future of automotive lithium-ion battery recycling: Charting a sustainable course”, Sustainable Materials and Technologies, 1, 2-7.

Gessner, P.K. and Hasan, M.M., 1986, Freundlich and Langmuir Isoterms as Models for the Adsorption of Toxicants on Activated Charcoal, Journal of Pharmaceutical Sciences, 76(4), 319-327.

Ho, Y.S. and McKay, G., 1999. Pseudo-second order model for sorption processes. Process biochemistry, 34(5), pp.451-465.

Indrayani, L. and Rahmah, N., 2018. Nilai parameter kadar pencemar sebagai penentu tingkat efektivitas tahapan pengolahan limbah cair industri batik. Jurnal Rekayasa Proses, 12(1), pp.41-50.

International Energy Agency (IEA), 2018, “Global EV Outlook 2018 towards cross-modal electrification”.

Israelachvii, J.N., 2011, 4-Interactions Involving Polar Molecules in Intermolecular and Surface Forces (3rd Edition), 71-90, Academic Press., Editor: Israelachvii, J.N.

Levchuk, I., Marquez, J.J.R and Silanpaa, M., 2018, “Removal of natural organic matter (NOM) from water by exchange – A Review”, Chemosphere. 192, 90-104.

Liu, Y and Shen, L., 2008, “From Langmuir Kinetics to First- and Second- Order Rate Equations for Adsoprtion”, Langmuir, 24, 11625-11630.

Metcalf and Eddy I., 2014, Watewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, Fifth ed., McGraw Hill, New York, pp. 1228-1231.

Metcalf, L., Eddy, H. P., & Tchobanoglous, G. (1991). Wastewater engineering: treatment, disposal, and reuse (Vol. 4). New York: McGraw-Hill.

Misak, N.Z., 1993, “Langmuir isotherm and its application in ion-exchange reactions”, Reactive Polymers, 21, 53-64.

Mulyawan, R., Saefumillah, A. and Foliatini, F., 2015. Biosorpsi Timbal Oleh Biomassa Daun Ketapang. Molekul, 10(1), pp.45-56.

Osseo-Asare K,Wei D (1996) Dissolution windows for wet chemical processing of silicon and silicon dioxide: potential–pH diagrams for the Si–F–H2O system. J Electrochem Soc 143(2):749–751.

Ostroski, I.C., Barros, MA.S.D., Edson, A.S., Dantas, J.H., Arroyo, P.A. and Lima, O.C.M., 2009, “A comparative study for the ion exchange of Fe(III) and Zn(II) on Zeolite NaY”, Journal of Hazardous Material, 161, 1404-1412.

Peraturan Menteri Lingkungan Hidup No. 5 Tahun 2014 tentang Baku Mutu Air Limbah

Peraturan Pemerintah No. 82 Tahun 2001 tentang Pengelolaan Kualitas Air dan Pengendalian Pencemaran Air.

Reed, B.E. and Matsumoto, M.R., 1993, Modelling Cadmium Adsorption by Activated Carbon Using the Langmuir and Freundlich Isoterm Expresstion, Separation Science and Technology, 28, 2179-2195.

Revellame, E.D., Fortela, D.L., Sharp, W., Hernandez, R. and Zappi, M.E., 2020, “Adsorption kinetic modelling using pseudo-first and pseudo-second order rate laws: A review”, Cleaner Engineering and Technology, 1, 100032.

Rosyida, A., 2011. Bottom ash limbah batubara sebagai media filter yang efektif pada pengolahan limbah cair tekstil. Jurnal Rekayasa Proses, 5(2), pp.56-61.

Sanjaya, A.S. and Agustine, R.P., 2015. Studi Kinetika Adsorpsi Pb Menggunakan Arang Aktif dari Kulit Pisang. Konversi, 4(1), pp.17-24.

Setiawan, F.A., Rahayuningsih, E., Petrus, H.T.B.M., Nurpratama, M.I. dan Perdana, I., 2019, “Kinetics of silica precipitation in geothermal brine with seeds addition: minimzing silica scaling in a cold re-injection sysem”, Geothermal Energy, https://doi.org/10.1186/s40517-019-0138-3.

Tong, Y., Yuan, D., Zhang, W., Wei, Y., Liu, Z., Xu, Y., 2021, “Selective exchange of alkali metal ions on EAB zeolite”, Journal of Energy Chemistry, 58, 41-47.

Wang, C., Boithias, L., Ning, Z., Han, Y., Sauvage, S., Sanchez-Perez, J-M., Kuramochi, K. and Hatano, R., 2017, Comparison of Langmuir and Freundlich adsorption equations within the SWAT-K model for assessing potassium environmental losses at basin scale, Agricultural Water Management, 180, 205-211.



DOI: https://doi.org/10.22146/jrekpros.69847

Article Metrics

Abstract views : 2880 | views : 4202

Refbacks

  • There are currently no refbacks.


Bookmark and Share


Copyright (c) 2021 The authors

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Jurnal Rekayasa Proses  (print ISSN 1978-287X; online ISSN 2549-1490) is published by Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, Universitas Gadjah Mada. View website statistics.