PEMBUATAN PILLARED LEMPUNG UNTUK …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH... · digunakan sebagai bahan adsorbent, molecular sieving dan katalis. Hasil

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

PEMBUATAN PILLARED LEMPUNG UNTUK PENYERAPANLlMBAH RADIOAKTIF Cs-137

Husen Zamroni, Thamzil LasPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif

ABSTRAKPEMBUATAN "PILLARED LEMPUNG" UNTUK PENYERAPAN LlMBAH

RADIOAKTIF CS-137. Telah dibuat bentonit berpilar dari bahan bentonit direaksikan denganZrOClz.8HzO. Analisa bentonit berpilar dilakukan dengan X-Ray. Penyerapan Cs-137 denganbenton it berpilar 0,01M, 0,05M dan 0,1M memberikan nilai Kd masing-masing sebesar 1619ml/g, 1133 mJ/g dan 800 mf/g.

ABSTRACTPILLARED LEMPUNG FOR SORPTION RADIOACTIVE WASTE CONTAINING

CESIUM-137. Pillared clay has been made from bentonite with ZrOCI2.8H2O. Characterizationpillared clay use X-Ray. Sorption of Cs-137 with pillared clay 0,01M, 0,05M and O,1M give resultDistribution coefficient (Kd) maximum for pillared clay equal to 1619 ml/g, 1133 ml/g and800 ml/g.

PENDAHULUANBatuan lempung (Lempung material) telah dikenal semenjak 200 tahun

yang lalu, tetapi masyarakat lebih rnengenal manfaat lempung bahan bakupembuatan keramik. Batuan lempung, bila dicampur dengan air akanmembentuk pasta yang dapat dibentuk dalam berbagai rupa, bila dipanaskanakan menjadi keras. Bentonit berasal dari abu gunung api (volcanic ash) yangmembeku dalam berbagai kondisi hidrotermal, sehingga bentonit suatu lokasidengan warna dan tekstur yang sarna mungkin berbeda dalarT: kcmposisi kimiadengan bentonit yang diperoleh dari tempat lain yang disebabkan karenakombinasi lempung material yang berupa' partikel halus dengan berbagaiimpuritis. Hal ini telah menyebabkan dikenalnya berbagai jenis bentonit sepertibentonit Wyoming, Amerika, bentonit Suray Inggris dan benton it KunipiaJepang dan bentonit Trenggalek Jawa Timur.

Bentonit di bidang Teknologi nuklir biasanya dimanfaatkan sebagaibahan adsorbent dan sebagai bahan buffer material (bahan isian) padapenyimpanan limbah tanah dangkal maupun penyimpanan tanah dalam.Bentonit sebagai bahan isian harus mempunyai sifat yang sangat bagussehingga dapat rnengurangi migrasi radionuklida dalam tanah. Bentonitmempunyai sifat mudah swelling apabila kena air. Bentonit yang mudahmengalami swelling kurang bag us apabila digunakan sebagai bahan isian.Swelling pada bentonit dapat dihindarkan dengan dibuat pilar diantara dualapisan pada bentonit. Bentonit yang sudah terpilar dikarakterisasi untuk dapatdigunakan sebagai bahan adsorbent, molecular sieving dan katalis.

Hasil Pene/itian P2PLR Tahun 2002

Pada struktur zeolit atom AI dan Si berkoordinasi dengan seluruh atomoksigen dalam bentuk tetrahedra silika atau alumina sedangkan atom AI akanbermuatan negatif dan dinetralisir oleh logam alkali atau alkali tanah untukmencapai struktur yang stabil. Inilah yang membedakan zeolit dengan bentonityang adalah senyawa alumino silikat dengan struktur lapisan (layer).

TEaR!Mineral lempung yang banyak diteliti adalah jenis kaolinit

(Si~!4010(OH)8, monmorillonit dan il!lt mempunyai (Si8 AI4 020 (OH)4.n H2O.Struktur kristal lempung adalah dua dimensi lapisan yaitu atom silika (Iapisansilika) bentuk tetrahedra dan atom aluminium (Iapisan AI) dalam bentukoktahedra. Tetrahedra silika terikat secara hexahedra Si4O6(OH)4 sedangkanoktahedra AI berikatan secara AI2(OH)4 yang berikatan secara Van der Waals(fisik) membentuk lapisan alumino-silikat karena kondisi terjadinya benton it,

memungkinkan terjadinya sub~titusi Si oleh AI (bentuk tertrahedra),menyebabkan lempung material kekurang muatan -(negatip) yang dinetralisiroleh logam alkali dan alkali tanah. Ion logam tersebut berada diantara lapisan,

sehingga dapat dipertukarkan dengan ion lain menyebabkan bentonitmempunyai sifat penukar ion.

Posisiinterlayer

KotjOO(Co2+.Na2++nH20

..

51,AI

A/,Fe,Mg

aOH

0.0

@

Gambar 1. Kristal Struktur Montmorillonite (Grim,1968)

19

Hasi! Pene/itian P2PLR Tahun 2002

Monmorillonit dan illit mempunyai tiga lapisan struktur terdiri dari lapisanSi, lapisan ,A. I dan lapisan Si, diantara lapisan ini terisi cleh molekul air yang danlogam alkali serta alkali tanah menyebabkan pergeseran jarak atom (swelling)sebagaimana terlihat pad a Gambar 1 di atas. Lapisan tersebut akan bergabungdan sudut kisi tetrahedral silika membentuk lapisan dengan lapisan hidroksildari oktahedral, sehingga terbentuk 3 lapisan silikat "Lempung mineral" yaitutetrahedral (Si)- oktahedral (AI)- tetrahedral (Si), Atom-atom yang terikat padamasing-masing lapisan struktur montmorillonit memungkinkan air akanmemasuki antara unit lapisan, sehingga kisi akan mengembang.

Montmorillonit memiliki struktur yang membentuk lapisan-lapisan. Ruangantar lapisan-lapisan tersebut biasanya ditempati oleh molekul air ataupunkation-kation yang dapat dipertukarkan. Struktur yang demikian menyebabkanbenton it tidak begitu tahan terhadap perlakuan suhu dan akan mengalamikerusakan struktur pada suhu 650°C. Bentonit mudah mengalami swellingapabila kontak dengan air. Guna menghindari keduanya struktur yang berupalapisan tersebut dapat diubah menjadi suatu bahan yang memiliki stru,ktur poridua dimensi, yaitu dengan membentuk pilar-pilar antara lapisan-lapisannya.Pembentukan pilar ini menyebabkan bentonit tidak mengalami swelling(Gambar 2), luas permukaannya menjadi besar dari 100 m2/gram menjadisekitar 250 m2 /gram dan mempunyai paras yang sarna.

.

'i.: .' \/,',:"\C,-", H~~

Oetr,o:)tcn.~;1:;;11 ~

~,-~,. ~

r"""- IQ """"'""

H'(df()ll;)(\OO~JtI():,.cm::OO1\On PlfOtEid CbI'

*

~

.Cationpaar:;0, layer (8'1 'c,."

~oatic)n

Gambar 2. Efek Swelling pada Bentonit dan Bentonit Berpilar

20

HasH Pene/itian P2PLR Tahun 2002

Bahan yang digunakan sebagai bahan pilar biasanya inorganic polycations bentuk meta1 organic. Pillared Interlayer Lempung dibuat dengan

beberapa senyawa inorganic campuran hydroxy diantaranya, hydroxy-AI,hydroxy-Zr, hydroxy- Ti, hydroxy-Ni dan hydroxy-Fe diutarr@kan yangbermuatan positip.

TAT A KERJABentonit yang digunakan jenis Ca bentonit dengan ukuran 100 mesh

yang sudah dicuci dengan bersih dan dikeringkan pada suhu 90°C. Zirkoniumyang digunakan dari Merck dalam bentuk zirconyl chloride padat(ZrOCI2.8H2O). Pembuatan bentonit berpilar dilakukan dengan menambahkanlarutan polioksokation dari z:rconyl chloride (ZrOCI2.8H20) dalam air pada suhu90°C selama 24 jam. Sebanyak 33 gram bentonit yang sudah dikeringkandilarutkan dalam air 1000 ml yang sudah mengandung zirconyi chloride(ZrOCI2.8H2O) masing-masing sebanyak 0,01 M, 0,05 M, O,1M. Campurandistirer selama 24 jam dan dipanaskan pada suhu 90°C. S"etelah 24 jamcampuran di saring dan dicuci sampai bebas khlor dengan air demin, untukmenentukan sudah bebas khlor atau belum digunakan 0,1 M AgNO3 .Bentonityang sudah terpilar dikeringkan dalam oven pada suhu 110°C. (Gambar 3).

llarutoo I

L__~~~~~~~JI SUspensi bento.,iteI (montmorillonite)i

Hidrolisa denganpengadukan selc:T'.a

24 Jam

Larutan

--~~~~~~~-_.~ !

I Pengadukan 24 jam

n poda120C

,l<a!slnasfnasi pada

suhu 500 C- ~__~::;;~M~orIllonjt

berpilar-

Gambar 3. Diagram Alir Preparasi Montmorillonit Berpilar

21

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Bentonit yang sudah terpilar selanjutnya dikarakterisasi dengan X rayflouresensi. Bentonit awal dan benton it berpi!ar dibuat dalam bentuk matrikgelas dengan cara ditambahkan lithium tetra borate kemudian dipanaskan padasuhu sekitar 1250°C sampai terbentuk gelas. Analisis serapan cesium-137menggunakan alat Liquid Scintillation Analyser (LSA). Larutan yangmengandung Cs-137 sebanyak 20 ml dimasukkan dalam vial polyetilene 25 mlyang berisi 0.1 gram benton it berpilar. Sam pel diambil10 ml kemudian di cacahdengan LSA. Koefisien distribusi ditentukan dengan rumus :

Kd=' a,.a,'(Ao -At)V

dimana :Ao = Aktivitas radioactive awalAt = Aktivitas sete:ah kesetimbanganV = Volume larutan aYJalW = Berat bentonit

Sedangkan untuk menentukan efisiensi penyerapan ditentukan dengan rumus :

Ao -At

AoEf = x100%

dimana:Ef = Efisiensi penyerapanAo = Aktivitas radioactive awalAt = Aktivitas setelah kesetimbangan

HASIL DAN PEMBAHASANHasil analisa penyerapan Cesium-137 oleh bentonit berpilar ditunjukkan

dalam bentuk grafik pada Gambar 4 dimana penyerapan dapat mencapaikesetimbangan setelah waktu kontak 1-2 jam dengan efisiensi penyerapan80%.

22

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Efisiensi penyerapan pad a bentonite berpilar 0,01 M dicapai rnaksimumpad a pI-I 3 dengan efisiensi sebesar 89% dan koefisien distribusi (Kd) sebesar1619 ml/g seperti ditunjukkan dal8m grafik pada Gambar 5.

~0-'"-c:~a.e~;0..c:~Q..

.~

.!tii"'"'"""w

GambarS. Hubungan pH DenganBentonit Berpilar 0,01 M

Efisiensi Penyerapan

Efisiensi penyerapan pada bentonit berpilar 0,05 M dicapai maksimumpada pH 1 dengan efisiensi sebesar 85% (Gambar 6) dan koefisien distribusisebesar 1133 ml/g.

eftit1.t!41:>.c~Q.-(I)cQ)"tncw

Gambar 6. Hubungan pH denganbentonit berpilar 0,05 M

efisiensi penyerapan

23

100

9080706050403020

100

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

Efis:ensi penyerapan pada benton it berpilar 0,1 M dicapai maksimumpada pH 3 dengan efisiensi sebesar 80% (Gambar 7) dan koefisien distribusisebesar 800 ml/g.

-~'"-"CIU0-ro...CI>-CCID.'to.cQj:'toIf':;w

pH

Efisiensi PenyerapanGambar7. Hubuilgan pH DenganBentonit Berpilar 0,1 M

Bentonit berpilar dari 0,01 M, 0,05 M dan 0,1 M ;:ircon memberikan hasilyang cukup baik dalam penyerapan meskipun lebih rendah dari bentonit murnikarena sebagian ruangan bentonit terisi oleh zircon. Serlakin tinggi konsentrasizircon yang terserap dalam bentonit menyebabkan pula penurunan serapanbenton it terhadap cesium-137.

Kel1aikan jumlah zircon di dalam bentonit tidak mempengaruhiperbandingan Si/AI dalam bentonit. Pada benton it mu"ni perbandingan Si/AIadalah 3.6 sedangkan dalam bentonit berpilar perbandingan Si/AI adalah 3.7.Sebagai perbandingan Lempung standar menunjukkan perbandingan Si/AIadalah 2,62 sedangkan perbandingan Si/AI adalat"'. 2,84 untuk Zr-PILC.Perbandingan ini menunjukkan secara struktur bentonit tidak mengalamiperubahan juga menunjukkan Ca2+ dan Na+ yang menurun jumlahnya demikianjuga pada lempung standar dan Lempung-PILC banyak kation-kation (Ca 2+,Na+) yang ada dalam layer tergantikan dengan zirkon. Zirkon yang beradadalam bentonit membentuk pilar diantara dua lapis3.n sehingga bentonit

mempunyai paras yang tetap.

KESIMPULANBentonit berpilar mempunyai kelebihan yaitu porosnya relatif seragam

dan tidak mengalami swelling. Besar koefisien distribusi bentonit berpilar tidakmengalami penurunan dibanding bentonit murni.

24

Hasil Penelitian P2PLR Tahun 2002

DAFTAR PUSTAKA1. Dyer, N.U. James and N.J. Terrill, Uptake of Cesium a.'7d Strontium

Radioisotopes onto Pillared Clays (1998)2. Dyer, T. Gallardo and C.W. Roberts, Preparation and Properties of Clays

Pillared with Zirkonium and Their Use in HPLC Separation (1989)3. J. T. KLOPOGGE, Synthesis of Smectite and Porous Pillared Clay Catalyst

( 1997)4. H. Y. Zhu, E.F. Vansant and J.A. Xia and G.Q.Lu, Porosity and Thermal

Stability of Montmorillonite Pillared with Mixed oxides of Lanthanum,Calcium and Aluminium (1996)

5. E.F. Vansant, Chemical Modification of oxide Surfaces, 19996. Buku Laporan Tahunan Pertambangan Departemen Pertambangan dan

Energi, Tahun 1991-1995, diolarl oleh PPTM, Agustus 20007. Thamzil Las, Use of Natural Zeolites for Nuclear Waste Treatment, 1989

25