ION EXCHANGE
Di susun Oleh :
Mamah Mahfudoh Mas Gunawan Hariyanto
JURUSAN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA 2013
1.
Pengertian ion exchange dan prosesnya
Pertukaran ion pada konsepnya ialah ion-ion yang ditahan oleh gaya elektrostatis pada permukaan padatan digantikan oleh ion-ion bermuatan sama yang berada pada larutan. Bahan penukar ion
harus
mempunyai ion aktif di seluruh strukurnya, berkapasitas besar selektif untuk jenis ion tertentu, mampu diregenerasi, stabil secara kimiawi / fisis serta mempunyai kelarutan rendah
Metode pertukaran ion adalah suatu reaksi (pertukaran) reversible ion-ion pada padatan (material / media penukar ion) dengan yang ada pada larutan, tetapi tidak terdapat perubahan substansial dalam struktur dari padatan tersebut. Secara sederhana metode pertukaran ion dapat diartikan sebagai metode untuk menghilangkan ion-ion yang tidak dikehendaki. Pr insip
k er ja Ion Exchange : Seca r a
i ion exchange bek er ja dengan m enuk ar ion ya ng pr ins p
ada di air dengan ion ter tentu. I lustr asi seder hananya se per ti saa t k ita ba wa uang k e dea ler m o bil untuk m em beli se bua h m o bil bar u.
Uan g
itu k ita ser a hk an k e de a ler nya da n se ba gai im ba la nnya k ita boleh
m em bawa m o bil bar u, seder hananya se per ti itu. Ad a dua jenis r esin yang i er gun ak a n yaitu r esin K a tion da n r esin Anion. R esin K a tion ak an m enuk a r d p
sem ua
ion positif di a ir
Str on tium )
(m isalnya Na tr ium ,
dengan ion Hidr ogen.
Seda ngk a n
sem ua ion nega tif di air (K lor ida,
Sulf a t,
K a lsium ,
Ma gnesium ,
r esin Anion a k an m enuk ar
Nitr at) denga n ion OH. Ion
Hidr ogen (H) ber tem u denga n ion OH ak an m enghasilk a n a ir m ur ni (H2O ). Ber ik u t
k am i tam pilk an r ea k si k im ia pada r esin Anion dan K a tion :
R eak si r esin K ation
H+R - + HCl
Na +R - + HCl
2 H+R - + Mg SO4
Mg 2+R 2- + H2O4
H+R - = resin k a tion
R eak si r esin Anion R +OH- + HCl
R +Cl- +
H2O R +OH- +
SiO2
R +HsiO3-
R +OH- = resin anion Setelah
diguna k an be ber a pa wa k tu, r esin k a tion dan anion ak an
k eha bisa n k emam puan r egener asi.
sulf a t
Untu k
a ta u
hidr ok sida .
r esin
asam
Setela h
m enuk ar nya. K a tion
k lor ida ,
Pada
saa t itul ah dila k uk a n
r egener a si dila k uk a n m engg una k an a sam
da n
r esin
Anion m engg un ak a n sodium
r egener asi mak a pr oses penuk a r an ion sia p d ilak uk an
k em ba li. Ja ngk a wa k tu a nta r a pasca r egener asi sam pai pr oses r egener asi k em ba li dise but se baga i jam o per asi.
Se bu a h
sistem Ion
Exha nger
ya ng
m em ilik i jam o per asi selama 24 jam m isalnya, da pat ber o per asi penuh selama 24 jam se belum a k hir nya m engalam i k e jenuh an da n ha r us
dir egener a si.
Untu k
m enda patk an jam o per asi yang le bih pan jang, ak an
i utuh k a n jum lah r esin ya ng jauh le bih banyak la gi. Dan un tuk jum la h d b r esin
ya n g
sama ,
jam
o per a si
d p i enga r uh i TDS (total dissolved solid) ba k u. Jik a se buah sistem Ion
un tuk
T DS
Exchan ge
150 pp m , mak a a pa bila
Ion -
Excha nger
ak an
sangat
total ion/ k a da r ga r a m - da r i a ir
mam pu ber o per asi selama 24 jam T DS
na ik m en ja di 300 pp m jam
o per a si a k an tur un m en jadi sek ita r 12 jam . Sala h
sa tu
ef ek nega tif da r i Ion
Exch ange
adalah
pr oses
r egener asinya ya ng m engg un a k an asam da n ba sa k ua t. Pr oses r egener asi
ini jik a tida k ditanga ni denga n ba ik a k a n
m enim bulk an pencemar an
lingk un gan.
Seha r usn ya
lingk un gan,
dila k uk a n pr oses penetr alan pH
f a k ta nya ,
se belum
masih banyak yang
lim bah r egener a si ini d b i uang k e
la ngsun g
Teta pi
pa da
m em buang begitu
sa ja
dulu.
lim ba h r egener a si k e lingk un gan.
2. Regenerasi resin
Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan kekuatan baru terhadap resin penukar ion yang telah habis saat kerjanya atau telah terbebani, telah jenuh. Regenerasi penukaran ion dapat dilakukan dengan mudah karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan hanyalah agar pada regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berlawanan dari pertukaran ion. Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar resin penukar ion asam kuat dan basa kuat adalah senyawa polimer stiren divinilbenzena. Ikatan kimia pada polimer ini amat kuat sehingga tidak mudah larut dalam keasaman dan sifat basa yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC. Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan divinilbenzena, setelah
terbentuk kerangka resin penukar ion maka akan digunakan untuk
menempelnya gugus ion yang akan dipertukarkan. Resin penukar kation dibuat dengan cara mereaksikan senyawa dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat menghasilkan (melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin penukar kation asam kuat adalah gugus sulfonat dan cara pembuatannya dengan sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin). Resin penukar ion yang direaksikan dengan gugus ion yang dapat melepaskan ion negatif diperoleh resin penukar anion. Resin penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin penukar kation tetapi gugus ion yang dimasukkan harus bisa melepas ion negatif, misalnya –N (CH3)3+ atau gugus lain atau dengan kata lain setelah terbentuk
kopolimer
stiren
divinilbenzena
(DVB),
maka
diaminasi
kemudian
diklorometilasikan untuk memperoleh resin penukar anion. Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular dengan struktur dari molekul yang panjang (hasil co-polimerisasi), dengan memasukkan gugus fungsional dari asam sulfonat, ion karboksil. Senyawa ini akan bergabung dengan ion pasangan seperti Na+, OH− atau H+. Senyawa ini merupakan struktur yang porous. Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama (positif) demikian sebaliknya penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang terdapat di dalam air yang diproses di dalam unit “Ion Exchanger”.
3. Aplikasi diindustri
a. Ion exchange sebagai sebagai water softening Aplikasi ion exchange sebagai water softening merupakan fungsi umum dan digunakan sangat luas di industri yang memerlukan soft water untuk proses dan bahan baku boiler. Ion exchange sebagai water softening ini bertujuan untuk mengurangi konsentrasi kesadahan pada air misalnya Ca dan Mg. Air baku yang mengandung kalsium (Ca) dan magnesium (Mg) harus diturunkan konsenrasinya dengan cara menggantinya dengan muatan ion sodium yang terdapat pada resin. Softwater digunakan untuk boiler feed water guna mencegah terjadinya endapan (scaling) pada saluran air baik pada sistem boiler maupun pada sistem pendingin.
b. Ion exchange sebagai media purifikasi Dalam hal penggunaan media ion exchange sebagai purifier yaitu untuk mangangkat atau manghilang bahan-bahan yang tidak dikehendaki
yaitu beracun yang dibawa oleh fliuda tertentu misalnya menambil ion-ion logam seperti cadmium, lead dan copper dan menggantikan dengan ionion garam sodium dan potasium. Ada jenis resin ion exchange lain yang dapat
menyaring
kontaminan
organik
air
bahan
baku
dengan
menambahkan karbon aktif pada kolom ion exchange tersebut. Pemilihan jenis resin akan menentukan fungsi ion exchange pada pabrik yang menggunakannya sebagai water softening sebagai media filtrasi logam berat fluida tertentu maupun sebagai penyaring mineral pada air baku.
