Proses Elektrolisis dengan Sel Diafragma

Pada tahun 1890-an, suatu proses baru untuk produksi soda kaustik dan klorin dikembangkan dan penggunaanya berkembang dengan cepat, yaitu pembuatan natrium hidroksida dan klorin dari larutan garam secara elektrolisis. Soda kaustik dan klorin dapat bereaksi membentuk natrium hipoklorit (NaClO), dengan reaksi lebih lanjut untuk menghasilkan natrium klorat (NaClO3) pada temperatur operasi diatas 400C. Untuk mencegah hal tersebut, maka ruang katode dan anode dipisahkan menggunakan sekat yang disebut diafragma, sehingga sel ini dinamakan sel diafragma ( Gambar 2 ). Teknik utama untuk elektrolisis di Amerika Serikat adalah sel diafragma.

Sel diafragma juga menjaga bercampurnya gas hidrogen dan gas klor, karena kedua gas tersebut dapat menyebabkan terjadinya ledakan apabila bercampur. Sel diafragma terbuat dari suatu selaput berpori yang dapat dilalui ion-ion, namun tetap dapat menahan percampuran produk.

Sel diafragma yang lama menggunakan anode grafit dan katode berupa kotak baja dengan sisi yang berpori. Apabila digunakan elektrode grafit, maka akan terjadi reaksi berikut.

C(s) + 4 OH-(aq) à CO2(g) + 2 H2O(l) + 4e-

Dengan demikian, anoda harus diganti secara rutin.

Diafragma terbuat dari bahan yang mempunyai sifat permeabilitas, seperti asbes atau fluorocarbon yang ditempatkan pada selaput berpori. Awalnya, diafragma yang digunakan terbuat dari asbes. Diafragma itu kemudian tersumbat karena pemakaian ini akan terlihat dari penurunan voltase. Diafragma itu harus diganti secara berkala. Sel yang menggunakan anode yang terbuat dari titanium yang dilapisi platinum, ruthenium, iridium jarang menyebabkan diafragma tersumbat sehingga sel dapat beroperasi selama 12-24 bulan tanpa pergantian diafragma. Pada pertengahan tahun 1980-an, dikembangkan diafragma yang bebas dari asbes, yaitu polimer fluorocarbon, terutama PTFE (politetrafluoroetilena).

Diharapkan bahwa diafragma yang dikembangkan tersebut dapat memperpanjang umur pemakaian diafragma dan dapat mengatasi keberatan para pencinta lingkungan mengenai adanya kemungkinan asbes yang masuk ke lingkungan.
image
Pada elektrolisis dengan menggunakan sel diafragma, arus DC dialirkan melalui sel agar elektrolisa larutan natrium klorida dan arahnya dari anoda ke katoda, yang berlawanan arah dengan aliran elektron.

Reaksi terutama yang terjadi pada anodenya ialah :

2Cl-(aq)->Cl2(g) + 2e- Eooks = - 1,36 V

2 H2O(l)-> O2(g) + 4H+(aq) + 4e- Eoks = - 1,23 V

Dan reaksi di katodenya ialah :

2 H2O (l) + 2e->H2(g) + 2OH- (aq) Ered = - 0,83 V

2Na+ (aq) + 2e-> 2Na (s) Ered = - 2,71 V

Pada sel diafragma, hasil dari ruangan katode merupakan suatu campuran, yaitu 10 -12% NaOH dan 14-16% NaCl (aq). Larutan dari ruangan katode dipekatkan dengan penguapan air agar konsentrasi NaOH bertambah dan pemurnian NaOH dilakukan dengan pengkristalan NaCl §. Hasil akhir dalam proses klor –alkali tersebut adalah 50% NaOH (aq) dengan sekitar 1% NaCl berupa pengotoran. Soda kaustik biasanya harus dipekatkan sampai 50% dan garam dihilangkan. Ini dilakukan dengan menggunakan proses penguapan dengan sekitar tiga ton uap per ton soda api. Garam yang dipisahkan dari air garam kaustik dapat digunakan untuk menjenuhkan air garam encer… Cl2 (g) dapat mengandung sekitar 1,5% O2 (g) disebabkan proses oksidasi. Klorin mengandung oksigen dan harus sering dimurnikan dengan pencairan dan penguapan Hidrogen dapat bereaksi langsung dengan klorin menghasilkan hidrogen klorida gas dengan kemurnian tinggi. Selain itu, hidrogen dapat direaksikan dengan nitrogen menghasilkan amonia.

Kegunaan produk ini adalah :

  1. Kebanyakan digunakan pada proses produksi bubur kayu, air minum, dan deterjen.

  2. Dalam industri tekstil

  3. Pembuatan bahan kimia

  4. Pembuatan obat – obatan

  5. Dalam industri migas

  6. Pembuatan bahan makanan

  7. Karet

Sumber: Austin, G.T. 1984. Shreve’s Chemical Process Industries. New York: McGraw-Hill Book Company

Meirina. Chlorine-caustic soda. http://membagiilmutekim-meirina.blogspot.com/2011/05/caustic-soda.html . Diakses pada tanggal 3 September 2020 pukul 17.35 WIB