BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.4. Resin Penukar Ion
Resin penukar ion adalah suatu polimer yang terdiri dari dua bagian yaitu matriks resin yang sukar larut dan gugus fungsional. Penukar ion adalah suatu zat padat yang mempunyai ion yang dapat saling dipertukarkan dengan ion dari suatu larutan yang mempunyai muatan yang sama. Penukar ion mempunyai gugus yang mudah terionisasi, sehingga dapat mengalami reaksi pertukaran apabila penukar ion kontak dengan larutan.
Gugus fungsional adalah gugus yang mengandung ion-ion yang dapat saling dipertukarkan. Sebagai zat penukar ion, resin mempunyai karakteristik yang berguna dalam analisis kimia, antara lain kemampuan menggembung (swelling), kapasitas penukaran dan selektivitas penukaran ion. 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.
Resin penukar ion dibedakan menjadi dua yaitu penukar kation dan penukar anion. Penukar ion mengandung bagian-bagian aktif dengan ion yang dapat ditukar. Bagian aktif semacam itu misalnya adalah (Bernasconi, 1995) :
1. Pada penukar kation (kelompok asam sulfo – SO3-H+ (dengan sebuah ion H+ yang dapat ditukar))
2. Pada penukar anion (kelompok amonium kuartener –N- (CH3)3+OH -(dengan sebuah ion OH- yang dapat ditukar).
Terdapat 4 jenis resin yang sering dipergunakan dalam pengolahan air : 1. Resin penukar kation asam kuat terbuat dari plastik atau senyawa polimer
yang direaksikan dengan beberapa jenis asam seperti asam sulfat, asam fosfat, dan sebagainya.
2. Resin penukar kation asam kuat ini mempunyai ion hidrogen (R- H+), dengan adanya ion H+ yang bermuatan positif maka resin ini sering dipergunakan untuk mengambil ion-ion yang bermuatan positif. (Montgomery, 1985)
3. Resin penukar kation asam lemah terbuat dari plastik atau polimer yang direaksikan dengan grup asam karboksil dengan demikian grup (COOH-) sebagai penyusun resin. Resin kation penukar asam lemah diperlukan kehadiran alkalinitis untuk melepas ion hidrogen dari resin. (Montgomery, 1985)
4. Resin penukar anion basa kuat terbuat dari plastik atau polimer yang direaksikan dengan gugus senyawa amina atau amonium.
Sifat-sifat penting yang diharapkan dari penukar ion adalah daya pengambilan (kapasitas) yang besar, selektivitas yang besar, kecepatan pertukaran yang besar, ketahanan terhadap suhu, ketahanan terhadap penukar ion yang telah terbebani dapat dilakukan dengan mudah, karena pertukaran ion merupakan suatu proses yang sangat reversibel. (Bernasconi,1995).
Ada 2 variabel utama yang menentukan ion selektivitas, yaitu :
1. Harga atau nilai ion (harga ion berpengaruh besar pada kekuatan besar pertukaran ion).
2. Ukuran ion (Montgomery,1985) :
a. Pada konsentrasi rendah (encer) dan temperatur biasa, luas pertukaran meningkat dengan meningkatnya valensi dari pertukaran ion :
Th4+ > Al3+ > Ca2+ > Na+ PO43- > SO42- > Cl-
b. Pada konsentrasi rendah (encer, temperatur biasa dan valensi konstan) luas pertukaran meningkat dengan meningkatnya nomor atom pada luas pertukaran ion
Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li + Ba 2+ > Sr2+ > Ca2+ > Mg2+ > Be2+
c. Pada konsentrasi tinggi, perbedaan kekuatan pertukaran ion dengan perbedaan valensi (Na+ dan Ca2+ atau NO3- dan SO42-) berkurang dan pada kasus yang sama, pada ion dengan valensi rendah mempunyai pertukaran ion yang tinggi.
Gambar berikut merupakan rumus bangun dari resin penukar ion yang merupakan resin penukar kation (Gambar 1) dan resin penukar anion (Gambar 2).
Gambar 1. Rumus bangun resin penukar kation
Gambar 2. Rumus bangun resin penukar anion
2.4.1. Mekanisme Pertukaran Resin dengan Ion Thorium
Resin yang digunakan dalam penelitian ini adalah jenis resin penukar kation amberlite IR 120 Na. Amberlite merupakan nama dalam perdagangan dari senyawa kimia Styrena-divinylbenzena dengan kode IR 120 Na dan rumus
C6H5CH=CH2, mempunyai efisiensi katalis yang tinggi dalam mengkatalisis reaksi senyawa-senyawa lain, mempunyai titik didih diatas 100 0C dan daya larut yang kecil terhadap air sebesar 0,24 gram/liter. Senyawa ini berwarna coklat mengkilat dan berbentuk butiran dengan ukuran 16 - 50 mesh, yang rumus bangunnya ditunjukkan pada Gambar 3.
Gambar 3. Rumus bangun amberlite IR 120 Na
Tabel 2. Karakteristik amberlite IR 120 Na
Kekuatan pengadukan 10 - 15 ppm
ρ (densitas) 0,909 gram/ml pada suhu 25 0C
Indeks bias 1,5458 (20 0C, 589 nm)
Tekanan uap 6 hPa
Daya larut dalam air 0,24 gram/liter
M (Berat Molekul) 104,15 gram/mol
Titik Jenuh 25,6 mg/liter
Suhu Pembakaran 480 0C
Daya ledak 1,1 - 8,9 mol %
(Nasution, Syawaluddin 2009)
Resin penukar kation asam kuat merupakan resin yang sering dipergunakan dalam mengambil ion-ion yang bermuatan positif. Pada operasionalnya resin penukar kation asam kuat ini mempunyai ion hidrogen (R-, H+), dengan adanya ion H+ yang bermuatan positif maka resin ini sering dipergunakan untuk mengambil ion-ion yang bermuatan positif (Montgomery, 1985).
Resin penukar kation dapat menyerap thorium, yaitu thorium oksida (ThO2) ditambah dengan HNO3 sehingga terbentuk [Th(NO3)4] , persamaan reaksinya dapat ditulis sebagai berikut :
ThO2 + 4HNO3 Th(NO3)4 + 2H20
Pada pembentukan perlu ditentukan banyaknya HNO3 supaya yang
terbentuk cukup banyak sehingga thorium yang terserap juga banyak. Jika yang ditambahkan terlalu banyak maka larutan mengandung HNO3 bebas dan akan diserap resin sehingga kapasitas untuk menyerap ion menjadi berkurang. Ion yang terbentuk stabil. Proses penukaran ion meliputi penyerapan ion-ion tersebut secara selektif dan kuantitatif oleh resin penukar kation, dengan reaksi sebagai berikut :
4R- Na+ + Th(NO3)4 R-4Th + 4Na NO3
Gambar 4. berikut ini merupakan tempat terikatnya ion kedalam struktur resin amberlite IR 120 Na dimana kedudukan dari ion natrium (Na+) akan ditempati oleh ion Th(NO3)4.
Gambar 4. Tempat terikatnya ion thorium nitrat dengan resin amberlite IR 120 Na 2.4.2. Faktor-Faktor yang Mempengaruhi Pertukaran Ion
Adapun faktor-faktor yang dapat mempengaruhi proses pertukaran ion (Dofner, 1995) adalah :
1. pH
Ada penukar ion penguraian gugus ionogenik tidak peduli pH, ada pula yang sangat dipengaruhi oleh pH sesuai kekuatan asam basanya. Gugus OH fenolik atau asam karboksilat tidak terurai pada pH rendah, maka kapasitas penukarannya baru optimum pada pH larutan alkali dan pH efektif penukar ion untuk jenis anion basa kuat pada rentang pH 0 – 14. 2. Kecepatan aliran
Kecepatan aliran mempengaruhi proses pertukaran ion. Semakin cepat debit aliran yang ditetapkan dalam proses pertukaran ion, semakin sedikit banyaknya ion yang dapat dipertukarkan. Sedangkan semakin lambat kecepatan aliran yang ditetapkan dalam proses pertukaran ion,
semakin cepat aliran maka semakin sedikit waktu kontak antara bahan dengan resin penukar ion.
3. Konsentrasi ion terlarut
Semakin tinggi konsentrasi ion larutan yang akan dipertukarkan, semakin lambat kecepatan aliran sehingga makin banyak ion yang dipertukarkan pada reaksi pertukaran ion dan semakin rendah konsentrasi ion larutan yang akan dipertukarkan, sedikit ion yang dipertukarkan.
4. Tinggi media penukar ion
Semakin tinggi media penukar ion yang terdapat dalam kolom pertukaran, semakin banyak ion dalam larutan yang akan dipertukarkan. Hal ini disebabkan semakin tinggi resin yang dipergunakan maka semakin banyak resin dalam kolom resin.
5. Suhu
Pertukaran ion dipengaruhi suhu, akan tetapi secara praktis peningkatan suhu tidak cukup untuk menyebabkan pertambahan laju proses. Operasi suhu tinggi baru bermanfaat bila larutan semula memang pada suhu tersebut atau bila larutan terlalu kental pada suhu ruang.
6. Adsorpsi
Adsorpsi merupakan fenomena yang berkaitan erat dengan permukaan dimana terlibat antara molekul yang bergerak (cairan atau gas) dengan molekul yang relatif diam yang mempunyai permukaan atau antar muka (Hermanto, 2006). Adsorbat adalah substansi yang dipindahkan dari
fase cair dipermukaan. Adsorben adalah fase padat dimana akumulasi penyerapan berlangsung. Adsorpsi ion sangat dipengaruhi oleh sifat dari adsorben. Ion-ion yang terpolarisasi akan diserap pada permukaan adsorben yang terdiri dari molekul-molekul atau ion-ion polar. Oleh karena itu adsorpsi ion tersebut juga adsorpsi polar. Daerah yang mempunyai suatu muatan tertentu akan menyerap ion-ion yang berlawanan muatan sedangkan ion-ion yang bermuatan sama tidak langsung diserap tetapi tinggal diikat ion-ion terserap. Adanya gaya elektrostatik kemudian membentuk lapisan dobel elektrik dengan ion-ion yang diserap pada permukaan adsorben. Proses adsorpsi terjadi jika adsorban dimasukkan ke dalam larutan senyawa, maka pada permukaan adsorban terjadi kenaikan konsentrasi senyawa secara berangsur-angsur atau bertahap, sementara itu terjadi pengurangan konsentrasi pada larutan. Hal ini terus berlangsung sehingga terjadi kesetimbangan antara laju adsorpsi dan laju desorpsi.
Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi :
1) Sifat fisik dan kimia dari adsorben : luas permukaan, ukuran pori-pori, komposisi kimia dan sebagainya.
2) Sifat kimia dari adsorbat : ukuran molekul, polaritas molekul, komposisi kimia dan sebagainya.
3) Sifat dari fase cair : pH, suhu dan sifat-sifat dari fase gas seperti suhu dan tekanan.
5) Waktu kontak antara absorbat dengan adsorben.