156493246 Makalah Ion Exchange

BAB I

Resin Penukar Ion

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Indonesia sebagai salah satu negara berkembang, hingga saat ini tetap melaksanakan pembangunan industri. Meningkatnya jumlah industri tidak hanya memberikan dampak positif, tetapi juga memberikan dampak negatif, misalnya pencemaran lingkungan yang diakibatkan oleh limbah industri, yang dapat menyebabkan penurunan kualitas lingkungan. Dampak pencemaran lingkungan yang mungkin timbul akibat limbah cair yang dihasilkan dari kegiatan industri dapat diketahui dengan mengukur konsentrasi parameter-paremeter limbah cair, baik berupa paramater fisik, parameter kimia (organik dan anorganik) ataupun parameter biologi. Air konsumsi adalah air yang memenuhi persyaratan sebagaimana ditetapkan Kepmenkes RI No. 907/MENKES/SK/VII/2002 tanggal 29 Juli 2002 tentang Syarat-syarat dan Pengawasan Kualitas Air Minum yaitu kadar Fe sebesar 0,3 mg/l. Secara kualitas, ditemukan beberapa penyimpangan terhadap parameter kualitas air bersih, baik kualitas fisik, kimia, biologi, ataupun radioaktif. Penurunan kualitas air diantaranya diakibatkan oleh adanya kandungan besi yang sudah ada pada tanah karena lapisan- lapisan tanah yang dilewati air mengandung unsur-unsur kimia tertentu, salah satunya adalah persenyawaan besi. Proses pertukaran ion adalah proses di mana suatu material atau bahan tidak iarut menangkap ion-ion bermuatan baik positif maupun negatif dari suatu larutan dan melepaskan ion-ion bermuatan sejenis ke dalam larutan dalam jumlah yang setara. Bila proses pertukaran telah mencapai titik jenuh, maka dilakukan proses regenerasi dengan tujuan agar kapasitas penukaran material penukar ion dapat kembali seperti semula.

Untuk menjadi penukar ion yang efektif, suatu resin penukar ion harus mempunyai ion-ion yang mudah bertukar dalam struktur yang tidak mudah larut dalam air, dan ruangan yang cukup dalam strukturnya untuk menjamin kebebasan ion-ion bergerak keluar dan masuk dalam matriks bahan.

1.2Batasan MasalahPraktikum ini bertujuan untuk mempelajari kinerja bahan resin, menghitung jumlah kadar Ca sisa dan kadar Ca yang terambil serta hubungan mempelajari hubungan kadar Ca dengan jumlah resin.Resin yang digunakan adalah resin kation dan anion. Penukaran ion dilakukan dengan hanya 1 kali dilewati resin. Variabel yang digunakan ialah dosis resin, sedankan parameter yang digunakan adalah konsentrasi Ca1.3Tujuan Masalah Untuk mempelajari kinerja bahan resin Menghitung jumlah kadar Ca sisa dan kadar Ca yang terambil

Mempelajari hubungan kadar Ca dengan jumlah resin BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Karakteristik Resin Penukar Ion

Anekaragam bahan alamiah maupun sintetik, organik maupun anorganik, memperagakan perilaku pertukaran ion, namun dalam laboratorium penelitian, di mana keseragaman dipentingkan, penukar ion yang disukai biasanya adalah bahan sintetik yang dikenal sebagai resin penukar ion. Resinresin itu disiapkan dengan memasukkan gugus-gugus terionkan ke dalam suatu matriks polimer organik, yang paling lazim diantaranya ialah Polistirena hubungan silang; suatu resin maksud umum yang lazim ialah resin 8 % terhubung silang , yang berarti kandungan divinilbenzenanya 8 %.

Resinresin itu dihasilkan dalam bentuk manikmanik bulat , biasanya 0,10,5 mm, meskipun ukuranukuran lain juga tersedia. Untuk menyiapkan suatu resin penukar kation yang lazim, polimer itu disulfonasi untuk memasukkan gugus SO3H ke dalam cincin aromatik. Bila disuspensikan dalam air, partikel resin itu akan membengkak karena menyerap air, yang derajat pembengkakkannya dibatasi oleh jauhnya hubungan silang.

Ion yang dapat ditukar, yakni ion yang tidak terikat pada matriks polimer, disebut ion lawan. Andaikan sutu resin penukar kation yang mengandung ion lawan yang dapat dipertukarkan B+, ditaruh bersentuhan dengan suatu larutan yang mengandung ion A +. Terjadi reaksi pertukaran :

A + + RB

B+ + RA

Peristiwa adsorpsi gas atau cairan oleh padatan merupakan sebuah fenomena yang sering dijumpai dalam industri kimia. Adsorpsi ini biasanya digunakan untuk memisahkan sebagian komponen fasa mengalir (gas atau cairan) melalui penyerapan oleh padatan. Salah satu contohnya adalah penyerapan ion-ion oleh resin yang dikenal sebagai operasi pertukaran ion (ion exchange). Ion-ion dalam fasa cair (biasanya dengan pelarut air) diserap lewat ikatan kimiawi karena bereaksi dengan padatan resin. Resin sendiri melepaskan ion lain (biasanya ion H+ atau ion OH-) sebagai ganti ion yang diserap. Selama operasi berlangsung setiap ion akan dipertukarkan dengan ion penggantinya hingga seluruh resin jenuh dengan ion yang diserap.

Resin adalah suatu senyawa kimia yang memiliki bagian tertentu yang bisa dilepas dan ditukar dengan bahan kimia lain dari luar, dengan syarat memiliki sifat yang sama dengan bagian yang lepas tadi. Bagian yang bisa dilepas ini bisa bermuatan negatif dan bisa juga bermuatan positif. Karena dia bermuatan, maka disebutlah ion. Ion yang bermuatan negatif disebut anion, sedangkan ion yang bermuatan positif disebut kation.

Resin penukar ion merupakan bahan padat yang mengandung bagian aktif dengan ion-ion yang tidak dipertukarkan. Penukar ion dapat berupa penukar kation atau penukar anion. Hal ini bergantung bahan aktifnya yang bersifat basa dan dapat menukar anion dan sebaliknya. Penggunaannya dalam analisis kimia misalnya untuk menghilangkan ion-ion pengganggu, memperbesar konsentrasi jumlah ion-ion renik, proses deionisasi air atau demineralisasi air, memisahkan ion-ion logam dalam campuran dengan kromatografi penukar ion.

Berdasarkan jenis ion / muatan yang dipertukarkan, resin dapat dibagi menjadi 2 :

1. resin penukar kation

Mempunyai ion positif yang digunakan untuk exchange2. resin penukar anion.

Resin penukar anion ini mempunyai gugus samping yang bersifat basa seperti anion primer, sekunder, dan tersier tempat melekatnya anion Xn-. Resin penukar anion dibuat dengan mereaksikan metil hidroksi metil eter dengan senyawa amina. Amina-amina tersier akan menghasilkan resin amonium kwartener yang bersifat basa kuat dan poliamina akan menghasilkan resin berbasa lemah.

Bentuk resin ini biasa disingkat dengan R-N+ (CH3)3OH- atau R+-OH-. Dalam menggantikan reaksi pertukaran, anion yang berada dalam larutan menggantikan OH- pada padatan.

nR+ - OH- + Xn- RnX + nOH-

Dimana :R = gugus fungsional dari resinOH- = gugus alih fungsionalXn- = anion, seperti : Cl-, F-, dll.

Untuk resin penukar anion urutan bertambah kuatnya penyerapan sesuai dengan urutan bertambah kecilnya ukuran ion yang terhidrasi yang biasa dituliskan sebagai berikut:

F- CN- HCO3- Cl- HSO3- OH- Br- NO3- I-

Resin penukar anion dibagi menjadi dua, yaitu

resin penukar anion basa kuat

Mengandung gugus amonium kuartener, rumus umumnya Res-NR3OH dengan R adalah radikal alifatis atau aril alifatis

resin penukar anion basa lemah

Mengandung gugus amina tersier dengan rumus umum Res-NO2.

Resin anion dan kation diproduksi dari dasar polimer organik yang sama. Perbedaan terdapat pada kelompok ionizable yang terikat dengan jaringan / ikatan hidrokarbon. Golongan fungsional ini yang menentukan perilaku kimia resin. Resin secara luas digolongkan sebagai kation exchanger asam kuat (contoh SO3H dengan pK = 1-2) atau asam lemah (OH dengan pK = 9 - 10) dan anion exchanger basa kuat (N+ dengan pK = 1 - 2) atau basa lemah (NH2 dengan pK = 8 - 10).

Resin penukar ion merupakan salah satu metoda pemisahan menurut perubahan kimia. Prinsipnya adalah mengganti atau mempertukarkan ion yang terikat pada polimer pengisi resinnya dengan ion yang dilewatkan. Jika disebut resin penukar kation maka kation yang terikat pada resin akan digantikan oleh kation pada larutan yang dilewatkan.

Berupa butiran, biasa disebut resin, yang tidak larut dalam air. Dalam strukturnya, resin ini mempunyai gugus ion yang dapat dipertukarkan. Langsung contoh saja : pengolahan air dengan penukar ion untuk produksi uap di dalam sebuah ketel uap. Air umumnya mengandung ion kalsium. Karena terjadi penguapan, konsentrasi kapur di dalam ketel akan meningkat sehingga menimbulkan kerak. Kerak ini akan menyebabkan pemborosan bahan bakar karena menghambat panas. Oleh karena itu kadar kapur harus seminimal mungkin. Salah satu caranya adalah dengan penukaran ion dengan resin yang mengandung gugus natrium. Air dilewakkan ke dalam tumpukan butiran resin . Kita sebut saja resinnya R-Na:

R-Na + Ca++ ----> R-Ca + Na+

Ca+ di air diikat, dan Na+ dilepas ke air oleh resin Na tidak menimbulkan kerak karena garam dari Na umumnya larut dalam air. Lama-lama resin akan jenuh dengan kapur (Ca) sehingga kemampuan penukarannya hilang. Sehingga resin perlu diganti. Didalam praktek resin tidak perlu dibuang tetapi bisa dicuci Ca-nya dengan penukaran ion juga yaitu dengan larutan garam dapur (NaCl). Jadi dalam penukaran ion, air tidak dimurnikan.

2.2 Proses Ion ExchangeIon Exchange Resin (IER) merupakan resin (plastic berukuran tertentu yang sangat kecil dan berbentuk bulat) terbuat dari Styrene DiVinyl Benzene yang diaktifkan dengan beberapa substansi kimia, yaitu yang umum dikenal adalah strong Kation (oleh gugus sulfonate dan ditempeli ion H+ or Na+), strong anion (oleh gugus quartenary ammonium dan ditempeli ion Cl- or OH-). Ion-ion Cl-, OH-, Na+ dan H+ inilah yang bergerak melalui transfer (exchange) antar ion terhadap ion-ion impuritis yang ada di air. Sehingga, contohnya ion H+ dari IER akan menggantikan ion Ca2+ yg ada di air. Begitu seterusnya sampai terjadi kejenuhan di badan IER itu sendiri karena ion-ionnya sudah tertukar semua, yg disebut breakthrough capacity (or time).

Exchange tersebut terjadi secara kontinyu, bila IER tersebut didesign dalam alat yang bekerja kontinyu dalam suatu kolom dengan air yang mengalir (sebagai driving force) melalui IER bed (contoh: demineralizer unit yang mempunyai kation dan anion unit atau softening unit yang mempunyai hanya kation unit). Dan semakin lama kontak IER dengan air yg diproses tersebut, akan menghilangkan impurities-impuritis air secara simultan, tentunya bila design dan operasi Memang sesuai dengan yang diharapkan. Dan bila IER telah breakthrough, maka perlu diregenerasi dengan substansi asam ataupun basa. IER bekerja secara fisik dan kimiawi.

Reaksi pada proses ion exchange bersifat reversibel dan stoikiometrik, dan sama terhadap reaksi fase larutan yang lain. Sebagai contoh:

NiSO4 +Ca(OH)2

Ni(OH)2 + CaSO4 (1)Pada reaksi ini, ion nikel yang terdapat dalam larutan nikel sulfate ( NiSO4) ditukar ion kalsium dari molekul calsium hidroksida (Ca(OH)2). Hal yang serupa terjadi dimana resin yang mengandung ion hidrogen akan mengalami pertukaran dengan ion nikel dalam larutan. persamaan reaksi sebagai berikut:

2(R-SO3H)+ NiSO4

(R-SO3)2Ni + H2SO4 (2)R mengindikasikan bagian organik resin dan SO3 adalah bagian yang non-mobile dari kelompok ion aktif. Diperlukan 2 resin untuk ion nikel valensi 2 ( Ni+2). Ion ferric bervalensi tiga akan memerlukan tiga resin.

Di dalam lingkup pengolahan logam, ion exchange biasanya menggunakan satu kolom yang terdiri dari cation exchange bed dan diikuti dengan anion exchange resin. Efluen biasanya merupakan larutan deionisasi yang dapat di recycle dalam proses seperti rinse water.

2.3 Daya Penukar Ion

Kation yang berbeda mempunyai kemampuan untuk menukar kation yang teradsorpsi. Ion divalen biasanya dijerap lebih kuat dan lebih sulit ditukar daripada ion monovalen. Ion Ba2+ dan NH4+ :

Ba2+ terjerap kuat oleh koloid tanah, tetapi daya penukarannya lemah. Pertukaran kation menggunakan Ba < jumlah Ba yang diserap.

NH4+ terjerap lebih lemah daripada Ba, tetapi daya penukarannya kuat. Pertukaran kation menggunakan NH4+ > jumlah NH4+ yang diserap.

2.4 Teknologi Resin Penukar Ion

Teknologi resin penukar ion ini, dengan mudah sekali dapat digunakan untuk memisahkan dan memurnikan plutonium dan uranium dari bahan bakar bekas. Misalnya dari hasil yang dicapai oleh Navratil dan kawan-kawannya di Argonne National Laboratory,Amerika Serikat2). Mereka menggunakan resin penukar ion dengan nama dagang Dowex-50-X12, Amberlite IRA - 938, Duolite ES-561 dan lain-lain. Dilaboratorium yang sama, oleh Chiarizia3) dan kawan-kawannya telah dikembangkan pula jenis resin yang lain yang mereka beri nama Dimensi Vol.3 No.1 Juni 2000 3Diphonix yakni asam difosfonik yang diikat dalam kopolimer stirena-difinil-benzenasehingga menjadi sebuah senyawa polimer. Resin ini memperlihatkan afinitas yang tinggi terhadap unsur-unsur aktinida, terutama yang bervalensi empat dan enam, sehingga resin ini dapat digunakan untuk memisahkan dan memurnikan unsur-unsur trans-uranium (TRU), seperti neptunium, plutonium, amerisium dan kurium dari bahan bakar bekas.

Di samping itu, resin ini dapat juga digunakan untuk memisahkan sesium dan stronsium. Penemuan penting lain dalam bidang ini adalah yang dicapai oleh Usuda dan kawankawannya di Japan Atomic Energy Research Institute (JAERI)4). Mereka telah berhasil menggunakan resin yang dibuat oleh Mitsubishi Chemical Industries, Co. untuk memisahkan unsur-unsur trans-plutonium (TPu), seperti amerisium, kurium dan kalifornium dan juga logam tanah jarang, seperti yitrium, serium, promesium dan europium. Tapi sayang, mereka melakukannya pada suhu tinggi, yakni sekitar 90 oC, yang tentu saja punya masalah tersendiri dalam operasionalnya di lapangan. Penemuan yang tidak kalah pentingnya adalah yang dicapai oleh Nur dan kawan-kawan-nya di Research Laboratory for Nuclear Re-actors, Tokyo Institute of Technology5). Mereka telah berhasil memisahkan amerisium dan kurium pada suhu kamar dengan menggunakan resin jenis piridina yang mereka kembangkan sendiri.

2.5 Aplikasi Resin

1. Filter Deionizer

Filter de-ionzer adalah salah satu bentuk filter kimia. Fungsi utama filter ini adalah untuk menghilangkan ion-ion tertentu dari air. Untuk keperluan akuarium biasanya digunakan untuk menghilangkan kesadahan. Air hasil olahannya kemudian digunakan sebagai bahan baku untuk meramu air akuarium dengan tingkat kesadahan dan tingkat pH yang diinginkan.

Deionizer berfungsi dengan prinsip pertukaran ion. Yaitu, ion-ion tertentu dari dalam air, seperti NH4+ atau Ca2+, ditukar dengan ion pengganti dari struktur media yang digunakan, biasanya Na+, atau H+.

Dalam proses penurunan kesadahan air misalnya, air dengan kesadahan tinggi dialirkan melewati media. Apabila media yang digunakan mempunyai ion penukar Na+. Maka selama proses berlangsung sebuah ion Ca2+ dari air akan digantikan oleh 2 buah Na+ dari media. Dengan demikian, meskipun nantinya kesadahan air berkurang karena Ca2+ telah ditangkap media, kadar Na dalam air akan meningkat. Akan tetapi peningkatan Na ini tidak akan sampai mencapai tingkat yang membahayakan. Apabila media yang digunakan mempunyai ion penukar berupa H+, maka ion H+ dalam air akan meningkat, atau dengan kata lain pH air akan menurun. Pilihan media yang digunakan sepenuhnya adalah keputusan anda.

Berbagai media penukar ion banyak tersedia saat ini. Berbagai pilihan tersedia untuk berbagai jenis ion berbeda. Meskipun demikian secara umum mereka disebut sebagai media penukar kation, apabila yang dipertukarkan adalah kation, atau media penukar anion, apabila yang dipertukarkan adalah anion.

Media yang digunakan sendiri bisa berupa media alami atau buatan (sintetis). Media buatan biasanya adalah resin, yang dibuat berbentuk butiran, dan telah diperlakukan secara kimiawi sedemikian rupa. Untuk media alami biasanya digunakan zeolite dari tipe clinoptilolite. Clinoptilolite diketahui dapat menghilangkan ion-ion bermuatan positif dari dalam air, seperti NH4+ atau Ca2+. Pada umumnya bahan ini digunakan untuk menghilangkan kelebihan amonia dari dalam air akuarium tawar.

Satu hal yang perlu diingat dalam menggunakan media ini adalah mereka akan jenuh setelah periode waktu tertentu. Pada media-media buatan tingkat kejenuhan tersebut biasanya ditandai dengan terjadinya perubahan warna. Dengan demikian, apabila warna tersebut telah tecapai, artinya media tersebut harus segera diganti atau diregenerasi. Setiap pabarik mempunyai indikator warna berbeda untuk setiap produknya.

Filter deionizer hendaknya dibuat berbentuk tabung kedap udara. Sehingga aliran air akan menciptakan tekanan tertentu untuk menjamin distribusi aliran air merata pada setiap media yang dilalui. Anda bisa menggunakan fiter canister sebagai wadahnya. Sebelum melalui media, air dialirkan terlebih dahulu melalui arang aktif. Pilih media yang sesuai peruntukannya.

2. Pengolahan Limbah RadioaktifDalam pembangkit tenaga nuklir, teknologi penukar ion telah diaplikasikan pada pemurnian air pendingin, pengolahan limbah utama, pemurnian asam boric untuk pemakaian ulang serta pengolahan air buangan dan limbah cair. Beberapa faktor penting yang diperhatikan dalam pemilihan teknologi penukar ion antara lain :

1. Karekteristik limbah.

Teknologi penukar ion dapat dilakukan pada limbah dengan kriteria antara lain kandungan padatan terlarut tidak melebihi 4 mg/L, kandungan garam kurang dari 2 g/L, radionuklida hadir dalam bentuk ion, mengandung sedikit kontaminan organik, dan mengandung sedikit senyawa pengoksidasi kuat.

2. Pemilihan penukar ion dan proses pengolahan.

Penukar ion harus memiliki kecocokan dengan karakteristik limbah (pH dan ion) selain temperatur dan tekanan.

Unsur yang bersifat bersifat ion yang terdapat pada air limbah dapat mengalami pertukaran dengan jenis resin tertentu, dengan demikian akan terjadi pertukaran sampai resin mengalami kejenuhan. Resin diregenerasi melalui proses pelepasan exchanged material dan mengkonsentasikannya dalam pengurangan volume yang banyak. Sebagai contoh, air limbah yang mengandung Cu digantikan dengan logam lain yang tidak berbahaya seperti Sodium. Efeknya adalah air limbah tersebut dapat dibuang dan menempatkan Cu pada resin. Proses regenerasi resin akan melepaskan Cu ke dalam suatu volume kecil konsentrat. Resin mungkin dibuat untuk menukar jenis cationic atau anionic. Resin juga dimungkinkan untuk memindahkan substansi khusus / spesifik seperti single metal dari aliran yang tercampur, tetapi hal ini tergantung dari kondisi sekitar / lingkungannya.

Pengolahan air Internal

Pengolahan internal adalah penambahan bahan kimia ke boiler untuk mencegah pembentukkan kerak. Senyawa pembentuk kerak diubah menjadi lumpur yang mengalir bebas, yang dapat dibuang dengan blowdown. Metode ini terbatas pada boiler dimana air umpan mengandung garam sadah yang rendah, dengan tekanan rendah, kandungan TDS tinggi dalam boiler dapat di toleransi, dan jika jumlah airnya kecil. Jika kondisi tersebut tidak terpenuhi maka laju blowdown yang tinggi diperlukan untuk membuang lumpur. Hal tersebut menjadi tidak ekonomis sehubungan dengan kehilangan air dan panas. Jenis sumber air yang berbeda memerlukan bahan kimia yang berbeda pula. Senyawa seperti Sodium Karbonat, Sodium Aluminat, Sodium Fosfat, Sodium Sulfit dan komponen anorganik seluruhnya dapat digunakan untuk maksud ini. Untuk setiap kondisi air diperlukan bahan kimia tertentu. Harus di konsultasikan dengan seorang spesialis dalam menentukan bahan kimia yang lebih cocok untuk digunakan pada setiap kasus. Pengolahan air hanya dengan pengolahan internal tidak direkomendasikan.

Pengolahan air eksternal

Pengolahan air eksternal digunakan untuk membuang padatan tersuspensi, padatan terlarut (terutama ion Kalsium dan Magnesium yang merupakan penyebab utama pembentukkan kerak) dan gas-gas terlarut (oksigen dan Karbondioksida.

Proses perlakuan eksternal yang ada adalah :

a. Pertukaran ion

reaksi pelunakan :

Na2R + Ca(HCO3)2 CO2 (gas) + H2O (cair) + MgCO3 (endapan)

2. Kesadahan tetapAdalah kesadahan yang disebabkan oleh adanya garam-garam klorida, sulfat dan karbonat, missal CaSO4, MgSO4, CaCl2, MgCl2.

Kesadahan tetap dapat dikurangi dengan penambahan larutan soda - kapur (terdiri dari larutan natrium karbonat dan magnesium hidroksida ) sehingga terbentuk endapan kalium karbonat (padatan/endapan) dan magnesium hidroksida (padattan/endapan) dalam air.

Reaksinya:

CaCl2 + Na2CO3 --> CaCO3 (padatan/endapan) + 2 NaCl (larut)CaSO4 + Na2CO3 --> CaCO3 (padatan/endapan) + Na2SO4 (larut)MgCl2 + Ca(OH)2 --> Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaCl2 (larut)MgSO4 + Ca(OH)2 --> Mg(OH)2 (padatan/endapan) + CaSO4 (larut)

Satuan ukuran kesadahan ada 3, yaitu :

1. Derajat Jerman, dilambangkan dengan D

2. Derajat Inggris, dilambangkan dengan E

3. Derajat Perancis, dilambangkan dengan F

Dari ketiganya yang sering digunakan adalah derajat jerman, dimana 1 D setara dengan 10 mg CaO per liter. artinya jika suatu air memiliki kesadahan 1 D maka didalam air tersebut mengandung 10 mg CaO dalam setiap liternya.

Dari keterangan diatas, contoh paling sederhana yang sering ditemui dalam kehidupan sehari-hari mengenai kesadahan, yaitu :

Jika di suatu tempat anda mencuci apapun menggunakan sabun dan ternyata busa yang terbentuk jumlahnya dibawah perkiraan anda atau tidak seperti biasanya sehingga utuk memperbanyak busa (karena sugesti bahwa mencuci yang baik harus banyak busa) anda harus menambah sabun sehingga mengakibatkan boros sabun, maka besar kemungkinan air yang digunakan utnuk mencuci tersebut memiliki kesadahan tinggi. Hal itu terjadi karena sebagian sabun yang ditambahkan kedalam air bereaksi dengan garam karbonat dari Ca2+ dan Mg2+.

Jika menemukan endapan putih seperti bedak atau kadang berbentuk kerak didasar panci untuk memasak air, maka besar kemungkinan air yang dimasak tersebut memiliki kesadahan tinggi. Hal itu terjadi karena gas CO2 lepas saat pemanasan, sehingga yang tertinggal hanya endapan karbonat, terutama kalsium karbonat (lihat reaksi no. 1 diatas)

Alkaliniti

Alkaliniti adalah kapasitas air untuk menetralkan tambahan asam tanpa penurunan nilai pH larutan. Sama halnya dengan larutan buffer, alkaliniti merupakan pertahanan air terhadap pengasaman. Alkaliniti adalah hasil reaksi-reaksi terpisah larutan hingga merupakan sebuah analisa makro yang menggabungkan beberapa reaksi. Alkaliniti dinyatakan dalam mek/ (cara kimiawi dan tepat) atau mg CaCO3/ (cara kuno, tetapi masih dipakai di Amerika Serikat, misalnya pada Caldwell- Law rence diagram ). Akaliniti dalam air disebabkan oleh ion-ion karbonat (CO32-), bikarbonat (HCO3 -), hidroksida (OH-) dan juga borat (BO33-), fosfat (PO43-), silikat (SiO44-) dan sebagainya.

Dalam air alam alkaliti sebagian besar disebabkan oleh adanya bikarbonat, dan sisanya oleh karbonat dan hidroksida. Pada keadaan tertentu (siang hari )adanya ganggang dan lumut dalam air menyebabkan turunnya kadar karbon dioksida dan bikarbonat. Dalam keadaan seperti ini kadar karbonat dan hidroksida naik, dan menyebabkan pH larutan naik.

Air leding memerlukan ion alkaliniti tersebut dalam konsentrasi tertentu: kalau kadar alkaliniti terlalu tinggi (dibandingkan dengan kadar Ca2+ dan Mg2+ yaitu kadar kesadahan) air menjadi agresif dan menyebabkan karat pada pipa, sebaliknya alkaliniti yang rendah dan tidak seimbang dengan kesadahan dapat menyebabkan kerak CaCO3 pada dinding pipa yang dapat memperkecil penampang basah pipa. Dalam air buangan, khususnya dari industri, kadar alkaliniti yang tinggi menunjukkan adanya senyawa garam dari asam lemah seperti asam asetat, propionat, amoniak dan sulfit (SO32-). Alkaliniti juga merupakan parameter pengontrol untuk anaerobic digester dan instalasi lumpur aktif. Air irigasi tidak boleh mengandung kadar alkaliniti tinggi.

Properties Bahan

1. EDTA ( Ethilenediaminetetraacetic acid )

EDTA merupakan salah satu jenis sequesting agent yang paling sering digunakan. Biasa di jual pasaran dengan konsentrasi 40 % senyawa garam , merupakan kristal tidak berwarna terdekomposisi pada suhu 240 C , dalam bentuk garam dinatrium berupa bubuk putih . Tidak larut dalam air dan sedikit larut dalam air sehingga untuk melarutkannya sempurna dalam air perlu ditambahkan NaOH agar terbentuk garam Natrium EDTA yang larut dalam air .

Senyawa EDTA memiliki kecenderungan pembentukan senyawa kompleks yang berbeda beda pada setiap ion logam , urutan chelate stability beberapa ion logam terhadap EDTA yaitu :

Na < Ba < Mg < Ca < Fe 2+ < Cu 2+ < Fe 2+

Jadi EDTA akan terlebih dahulu membentuk kompleks dengan Ca baru kemudian Mg , Ba , dan Na. Senyawa EDTA banyak digunakan dalam analisa dengan titrasi kopleksometri , hal tersebut karena EDTA sangat mudah bereaksi dengan beberapa logam . Kondisi optimum dalam titrasi sangat bergantung pada tetapan stabilitasnya K atau tetapan pembentukkan efektif yang nilainya tidak kurang dari 108 , dengan asumsi tidak ada kondisi kompleksasi kompetitif dalam proses titrasi . pH minimum untuk kompleks Ca adalah 8 dan untuk Mg adalah 10 , sehingga dipilih pH minimum untuk Mg , agar Ca dan Mg dapat terkompleks secara maksimal .

EDTA mencegah mencegah terbentuknya kerak dengan cara mengikat salah satu komponen kerak yaitu kation dari senyawa pembentuk kerak ( dalam hal ini adalah logam Ca dan Mg ) , logam tersebut diikat oleh EDTA untuk membentuk senyawa kompleks yang larut dalam air . Berdasarkan hokum kesetimbangan jika salah satu reaktan di sebelah kiri berkurang dalam persamaan reaksi maka reaksi akan bergeser ke kiri itu berarti meningkatkan kelarutan senyawa penyebab kerak.

Ca + SO4 CaSO4

Atau

Mg + SO4- SO4

Ca dan Mg yang diikat EDTA menyebabkan reaksi di atas bergeser ke kiri sehinnga meningkatkan kelarutan CaSO4 dan MgSO4 di dalam air . Penentuan dosis EDTA didasarkan reaksi yang terjadi antara EDTA dengan komponen logam dalam air ( yaitu Ca dan Mg ) reaksi yang terjadi adalah :

Ca 2+ + Na2EDTA CaEDTA +2 Na +

Mg 2+ + Na2EDTA MgEDTA +2 Na +

Secara stoikiometri jumlah mol EDTA yang diperlukan sebanding dengan jumlah mol Ca dan Mg yang akan diikat EDTA yang digunakan adalah Dinatrium EDTA Dihidrat dengan rumus senyawa Na2C10H14N2O8.2H2O dan berat molekul 372. 2. Kalsium klorida

Kalsium klorida (CaCl2) terbentuk dari larutan garam yang netral. Produknya dapat berbentuk bubuk, berbentuk butiran dan bentuk serpihan serta mempunyai range kemurnian 73 sampai 98 % berat. Kalium klorida ditambahkan dengan air menghasilkan spesifik grafiti.

3. Murexid

Murexid (NH4C8H4N5O6, or C8H5N5O6.NH3), biasa disebut ammonium purpurate atau MX adalah garam ammonium pada asam purpuric. Yang terbuat dari pemanasan alloxantin dalam gas ammonia pada 100oC.

Murexid dalam bentuk serbuk berwarna ungu kemerah-merahan, mudah terlarut dalam air. Dalam larutan murexid mmpunyai range warna kuning pada asam kuat pH ungu kemerah-merahan pada asam lemah dan ungu kebiru-biruan dalam larutan alkaline. Ph untuk titrasi dalam kalsium adalah 11,3.

Murexid digunakan untuk analisis kimia sebagai indikator kompleks untuk titrasi kompleks, kebanyakan kalsium dalam bentuk ion-ion, juga untuk Cu, Ni, Co, Th dan dan logam.

Murexid biasa digunakan sebagai reagent pengukuran dengan warna untuk menentukan kadar kalsium dan metal. Untuk kalsium pH yang dibutuhkan 11,3 dengan 0,2-1,2 ppm.

Murexide

IUPAC nameAmmonium 2,6-dioxo-5-[(2,4,6-trioxo-5-hexahydropyrimidinylidene)amino]-3H-pyrimidin-4-olate

Identifiers

CAS number[3051-09-0],[6032-80-0] (hydrate)

PubChem18275

SMILESC1(=C(NC(=O)NC1=O)[O-])N=C2C(=O)NC(=O)NC2=O.[NH4+]

Properties

Molecular formulaC8H8N6O6

Molar mass284.19 g/mol

Syarat penggunaan air sebagai umpan boiler

1. air feed boiler (umpan ketel uap) sama dengan air yang ditambahkan ke ketel uap untuk menggantikan kehilangan karena pengurangan blowdown, steam trap, dll.

2. air feed boiler sebagai suplemen kondensat yang di kembalikan disebut make up atau air penambah.

3. pengotor seperti Ca, Mg, Fe, silica lebih bermasalah daripada garam Na.

4. ketel pipa api tekanan rendah bisa menerima kesadahan lebih besar, sedangkan untuk tekanan besar tidak bisa menerima kesadahan.

5. syarat kesadahan air ketel lebih ketat ketimbang air minum, yaitu maksimum satu derajat Jerman. Biasanya ditulis 1oG (G = Germany) atau D (Deutsch). Satu derajat Jerman setara dengan 10 mg/l CaO atau 17,9 mg/l CaCO3. Sebaliknya pada air minum, dipersilakan kesadahannya antara 5 10o G. Hanya saja, dalam keputusan Menteri Kesehatan yang berlaku sekarang, besarnya kesadahan sampai 500 mg/l tetapi tidak dijelaskan satuannya apakah CaCO3 ataukah CaO atau yang lainnya.

Batas-batas maksimal zat dalam air umpan ketel

Tekanan Ketel (Psig)Padatan Total (Ppm)Alkalinitas (Ppm)Padatan tersuspensi (Ppm)

0-300

301-450

451-600

601-750

751-900

901-1000

1001-1500

1501-2000

>20003500

3000

2500

2000

1500

1250

1000

750

500700

600

500

400

300

250

200

150

100300

250

150

100

60

40

20

10

5

BAB IIIHIPOTESA

Pada percobaan ini dapat diperkirakan bahwa jumlah ion Ca 2+ pada saat awal akan lebih besar dari keadaan sudah melewati resin penukar ion , jika jumlah Ca 2+ sedikit maka akan berbanding lurus dengan volume EDTA . Kebutuhan dosis resin akan sebanding dengan jumlah Ca yang ingin diserap..ppm blanko yang didapatkan dari hasil perhi tungan titrasi juga akan sama dengan ppm larutan induk 10 ml . Semakin besar dosis resin maka akan semakin besar Ca yang terserap dan sedikit yang tersisa .BAB IVMETODOLOGI PERCOBAAN

4.1ALAT DAN BAHAN

4.1.1 Alat: Labu ukur

Beaker glass

Erlenmeyer

Kertas saring

Corong

Gelas ukur

Spatula

Pengaduk kaca

4.1.2Bahan:

EDTA

NaOH

Indikator murexid bubuk

Resin kation

CaCl2.2H2O

4.2 Cara Kerja1. Sebagai Blanko

2. Percobaan dengan variasi banyaknya resin

Matriks Percobaan Berat Resin (Gram)Volume EDTA (ml)

1

2

3

4

5

6

BAB VDATA PENGAMATAN DAN HASIL PERHITUNGAN

Data Pengamatan untuk Ca 200 ppm :

Resin (gr)Volume titrasi EDTA 0.01 N (ml)

Blanko(0)4.4 ml

AnionKation

1212

0.13.5321.7

0.42.82.41.51.3

0.832.51.81.1

1.13.3010.9

Jenis Resin yang digunakan ialah Resin kation

ppm Ca = 20 mg/100ml

Volume air yang digunakan = 100 ml

BM CaCl.2H2O =147

Mr Ca = 40

Be Ca = 20

Volume sampel = 10 ml

N EDTA = 0.01 N

Berat Ca =200 ppm

=20 mg dalam 100 ml

Berat CaCl.2H2O =gr Ca x BM CaCl.2H2O

Mr Ca

= 73.5 mg/100ml

= 0.0735 gr/100ml



Blanko(0)4.4 ml

AnionKation

1212

0.112.11112.110.1

0.41312.59.810

0.811117.98.9

1.112124.64.6


Volume air yang digunakan =100 ml

BM CaCl.2H2O = 147

Mr Ca = 40

Be Ca = 20

Volume sampel =10 ml

N EDTA =0.01 N

Berat Ca =40 mg / 100 ml

=40 mg dalam 100 ml


Mr Ca

= 147 mg/100ml

=0.147 gr/100ml



Blanko(0)4.4 ml

AnionKation

1212

0.11817.511.59

0.4151615.713

0.8161516.514.5

1.116.516.518.416


Volume air yang digunakan =100 ml

BM CaCl.2H2O = 147

Mr Ca = 40

Be Ca = 20

Volume sampel =10 ml

N EDTA =0.01 N

Berat Ca =75 mg / 100 ml

= 75 mg dalam 100 ml


Mr Ca

=275.625mg/100ml

=0.275625gr/100ml

Perhitungan untuk Ca 200 ppm

Kadar Ca(sisa) =

1000/ml sampel x V EDTA x N EDTA x Be Ca

Anion

1. Penambahan Resin 0 gr

Ca sisa =88Ppm

2. Penambahan Resin 0.1 gr

Ca sisa =65Ppm


Ca sisa =52Ppm


Ca sisa = 55Ppm


Ca sisa = 33Ppm

Resin (gr)Ca sisa (ppm)

088

0.165

0.452

0.855

1.133

Kation


Ca sisa =88Ppm


Ca sisa =37Ppm


Ca sisa =29Ppm


Ca sisa = 29Ppm


Ca sisa = 19Ppm


088

0.137

0.429

0.829

1.119

Kadar Ca yang terambil =

Kadar Ca blanko Kadar Ca sisa

Anion

1. Penambahan Resin 0 gr (Blanko)

Ca terlarut = 88 ppm - 88ppm

=0


Ca terlarut = 88 ppm - 65 ppm

=23



=36



=33



=55

Resin (gr)Ca terambil (ppm)

00

0.123

0.436

0.833

1.155

Kation



=0



=51



=59



=59



=69


00

0.151

0.459

0.859

1.169


Kadar Ca(sisa) =


Kation


Ca sisa =328Ppm


Ca sisa =222Ppm


Ca sisa =198Ppm


Ca sisa = 168Ppm


Ca sisa = 92Ppm


0328

0.1222

0.4198

0.8168

1.192

Anion


Ca sisa =328Ppm


Ca sisa =231Ppm


Ca sisa =255Ppm


Ca sisa = 220Ppm


Ca sisa = 240Ppm


0328

0.1231

0.4255

0.8220

1.1240



Kation



=0



=106



=130



=160



=236


00

0.1106

0.4130

0.8160

1.1236

Anion



=0



=97



=73



=108



=88


00

0.197

0.473

0.8108

1.188


Kadar Ca(sisa) =


Kation


Ca sisa =420Ppm


Ca sisa =205Ppm


Ca sisa =287Ppm


Ca sisa = 310Ppm


Ca sisa = 344Ppm


0420

0.1205

0.4287

0.8310

1.1344

Anion


Ca sisa =420Ppm


Ca sisa =355Ppm


Ca sisa =310Ppm


Ca sisa = 310Ppm


Ca sisa = 330Ppm


0420

0.1355

0.4310

0.8310

1.1330



Kation



=0



=215



=133



=110



=76


00

0.1215

0.4133

0.8110

1.176

Anion



=0



=65



=110



=110



=90


00

0.165

0.4110

0.8110

1.190

BAB V

PEMBAHASAN

Kesadahan dalam air dapat diturunkan dengan menggunakan teknologi resin penukar ion. Jenis resin yang digunakan untuk percobaan ini adalah resin kation dan anion, artinya untuk resin kation ion yang dipertukarkan adalah ion positif sedangkan untuk resin anion ion yang dipertukarkan adalah ion negatif. Larutan sampel CaCl2.2H2O yang digunakan pada praktikum sebesar 200 ppm, 400 ppm, dan 750 ppm dalam 100 ml aquadest.

Bahan bahan yang digunakan adalah aquadest untuk mencegah tambahan kadar Ca 2+ dalam larutan. Larutan NaOH yang digunakan karena untuk melarutkan EDTA secara sempurna di dalam air dengan cara nembentuk garam Natrium EDTA yang larut dalam air dan juga dimaksudkan agar suspensi menjadi basa agar memperkuat keberadaan ion Ca2+ yang berikatan dengan OH- pada suspensi CaCl2.2H2O, serta untuk mengaktifkan resin,dan juga merupakan penyeimbang dalam Titrasi EDTA.

Larutan EDTA ( Asam etilenadiaminatetraasetat ) yang digunakan sebagai penitar karena membentuk senyawa kompleks atau beraksi dengan ion logam pada percobaan ini yaitu ion Ca 2+ sehingga dapat menganalisa kadar Ca 2+ dalam larutan setelah melewati resin.

Dilakukan penambahan indikator murexid yang dimasudkan agar memperkuat keberadaan ion Ca2+ pada suspensi, dan untuk mempermudah dalam penitaran, yaitu menunjukkan perubahan warna bila titrasi telah selesai (pada titik akhir titrasi). Penambahan indikator murexid ini haruslah sangat sedikit karena jika tidak akan sulit menentukan titik akhir titrasi (perubahan warna berlangsung lama/ mungkin tidak terjadi). Adapun perubahan warna yang terjadi adalah dari warna merah muda (sebelum dititrasi) menjadi keunguan (setelah ditirasi). indikator murexid digunakan yang berbentuk bubuk karena bila memakai larutan Murexid akan menyebabkan penambahan kadar Ca 2+ di dalam sampel.

Reaksi yang terjadi pada resin :

Ca 2+ + 2 Rz Na + ( Rz 2Ca + 2 Na +Rz 2 Ca + NaCl ( Rz Na + CaCl2 (Reaksi Regenarasi)

Hasil yang didapatkan dari perhitungan adalah sebagai berikut :

Dari grafik diatas terlihat dari jumlah resin 0.1 gr 1.1 gr relatif terjadi penurunan Ca sisa dan kenaikkan jumlah Ca yang terserap oleh resin, , ini berarti semakin banyak resin yang digunakan semakin besar penurunan kadar Ca 2+ pada larutan sehingga semakin bebas air dari ion yang menyebabkan kesadahan ini.Terdapat juga kenaikan Ca pada range 0,1 1.1 gr resin pada grafik 200 ppm , ini merupakan kesalahan karena terjadinya kenaikan kadar Ca sisa pada kenaikan dosis resin , kemungkinan kesalahan ini disebabkan oleh kelebihan jumlah murexid yang dipakai sehingga kesulitan penentuan titik ekivalen dan dapat juga disebabkan lolosnya ion Ca dari penyerapan oleh resin ( Ion Ca tidak terkontak dengan resin )

Dari hasil diatas terlihat proses penyerapan ion Ca oleh resin paling baik didapatkan pada percobaan resin kation pada 400 ppm dimana dari range 0,1 1,1 gr resin , penurunan jumlah Ca sisa terus bertambah dibandingkan percobaan pada 200 ppm dan 750 ppm. Pada dosis resin sebesar 0,4 gram terlihat bahwa jumlah Ca sisa terbanyak terdapat pada 750 ppm yaitu 290 ppm , ini berarti adanya keterbatasan penyerapan Ca pada suatu dosis resin sehingga semakin besar konsentrasi Ca induk (ppm) dengan menggunakan resin yang massanya tetap maka semakin kecil penurunan konsentrasi Ca yang tersisa.

Didapatkan dari perobaan diatas jumlah resin kation yang optimal yaitu :

Untuk Ca induk 200 ppm

jumlah resin kation optimal = 1.1 gram Untuk Ca induk 400 ppm jumlah resin kation optimal = 1.1 gram Untuk Ca induk 750 ppm jumlah resin kation optimal = 0.1 gram

Kadar Ca sisa berbanding lurus dengan volume EDTA hasil titrasi dan berbanding terbalik dengan Ca yang terambil , dari grafik terlihat pada penurunan Ca sisa terjadi kenaikan grafik Ca yang terambil .

Bila dibandingkan antara hasil dari penukar kation dan anion , data yang diperoleh lebih stabil pada resin kation dibandingkan dengan resin anion yang tidak stabil pada hasil Ca sisa yang diperoleh , ini berarti untuk menyerap Ca yang bermuatan positif , lebih efektif menggunakan resin kation .Resin anion secara teori mempertukarkan ion negatif ,tetapi bukan berarti sama sekali tidak dapat menyerap ion kation ,ini dapat terlihat dari grafik diatas adanya ion Ca yang dapat diserap oleh resin tetapi hanya sedikit karena resin anion kecenderungan menyerap ion Cl pada larutan ini .

Didapatkan dari perobaan diatas jumlah resin anion yang optimal yaitu :

Untuk Ca induk 200 ppm jumlah resin anion optimal = 1,1 gram Untuk Ca indukl 400 ppm jumlah resin anion optimal = 0,8 gram Untuk Ca induk 750 ppm jumlah resin anion optimal = 0.4 gram

BAB V

KESIMPULAN

Pada range 0 1.1 gram resin, penurunan jumlah Ca sisa terbaik yang didapatkan dari hasil percobaan diatas yaitu terjadi penurunan Ca sisa dari 350 ppm sampai 91 ppm

Kestabilan penurunan Ca sisa didapatkan pada resin penukar kation ,sedangkan resin penukar anion tidak stabil

Untuk menyerap ion Ca , resin kation yang paling cocok digunakan

Hasi penyerapan ion Ca terbaik dari hasil percobaan didapatkan pada resin penukar kation pada Ca awal 400 ppm

Jumlah Ca sisa berbanding lurus dengan volume EDTA yang terpakai pada saat titrasi

DAFTAR PUSTAKA

1. Adrianto , Ario dan Yashifuko. 2006 . Penggunaan EDTA sebagai inhibitor scaling pada sistem sekunder reaktor TRIGA BANDUNG. Hal. 20 21 dan 31 32. Serpong :Institut Teknologi Indonesia.

2. Underwood, A.L .1986 . Analisis Kimia Kuantitatif .Hal. 533 534 dan 536 .Jakarta : Erlangga.

3. PERTUKARAN KATION . http ://benito . staff.ugm.ac.id/_files/filelist.xml

4. Kesadahan .www.chem is-try.org

5. http://tech.groups.yahoo.com/group/kimia_indonesia/message/28166. http://o-fish.com/Filter/filter_deionizer_content.php7. http://brown13zt.blogspot.com/2008/06/resin-penukar-anion-rpa.html8. http://adolflsms.multiply.com/journal/item/5/UPAYA_PENANGANAN_LIMBAH_NUKLIR_dari_PEMBANGKIT_LISTRIK_TENAGA_NUKLIR_PLTN LAMPIRAN

Dibuat larutan CaCl2.2H2O sebesar 200 ppm,400 ppm dan 750 ppm dengan cara dilarutkan dengan 100 ml air

Diambil 10 ml larutan tersebut

Ditambahkan NaOH dan indikator murexid

Dititrasi dengan larutan EDTA 0,01 N

Dihitung kadar Ca

Dibuat larutan CaCl2.2H2O sebesar 200 ppm , 400 ppm dan 750 ppmdengan cara dilarutkan dengan 100 ml air

Diambil 10 ml larutan tersebut

Ditambahkan NaOH

Dilewatkan pada kertas saring yang ditaburkan resin

[ dengan variasi banyaknya resin ( 0.1, 0.4 , 0.8 ,1.1 , dan 1.1gr)

Ditambahkan indikator murexid

Dititrasi dengan larutan EDTA 0,01 N

Dihitung kadar Ca 2+Dilakukan Duplo

PAGE 34Kelompok 5

156493246 Makalah Ion Exchange

Documents