KINETIKA REAKSI PROSES ADSORPSI CAMPURAN
URANIUM DAN MOLIBDENUM DALAM ZEOLIT
R. Subagiono dan Dwi Biyantoro
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan - BATAN
ABSTRAK
KINETIKA REAKSI PROSES ADSORPSI CAMPURAN URANIUM DAN MOLIBDENUM DALAM ZEOLIT. Zeolit alam Gunung Kidul, Yogyakarta dipersiapkan dengan cara dicuci menggunakan larutan HCl 0,1 M, kation-kation alkali atau alkali tanah dari zeolit alam ditukar dengan NH4+ dengan memakai larutan NH4Cl 0,5 M dan dikeringkan pada suhu 200 oC. Zeolit yang telah diaktifkan secara kimia tersebut digunakan untuk memisahkan campuran uranium (U) dan molibdenum (Mo) dengan cara adsorpsi. Pemisahan campuran (U,Mo) dilakukan dengan menggunakan zeolit berukuran butir -200 +325 mesh untuk kadar U = 31.000 ppm dan Mo = 100 ppm di dalam larutan H2SO4 0,05 M dengan waktu pemisahan 1 jam. Pada kondisi ini diperoleh hasil nilai faktor pemisahan (U/Mo) = α = 0,3811. Evaluasi data hasil kinetika proses adsorpsi campuran U dan Mo dalam zeolit memakai pendekatan model
“Langmuir-Hinshelwood” (LH), diperoleh persamaan garis lurus untuk uranium yaitu: y = - 0,0835 x + 5,4804 dan
molibdenum: y = - 0,0152 x + 1,3482.
ABSTRACT
REACTION KINETICS OF THE SORPTION PROCESS OF URANIUM AND MOLIBDENUM MIXTURE IN THE ZEOLITE. The natural zeolite from Gunung Kidul, Yogyakarta Indonesia, which was washed by 0.1 M HCl solution, alkali or alkaline earth cations of natural zeolite was exchanged for NH4+ by using 0.5 M of NH4Cl and was dried at 200 oC. This zeolite which was Chemically activated was used for the separation process of uranium (U) and molibdenum (Mo) mixture by sorption. The separation of (U,Mo) mixture was done by using zeolite of -200 +325 mesh for U = 31,000 ppm and Mo = 100 ppm in 0.05 M H2SO4 solution with extraction time of 1 hour. By using this method a separation factor of U and Mo gained was (U/Mo) = α = 0,3811. The evaluation from results of the kinetics process using “Langmuir-Hinshelwood” (LH) model approach, gained the linier regression equation for: uranium as y = - 0.0835 x + 5.4804 and molibdenum: y = - 0.0152 x + 1.3482.
PENDAHULUAN
eolit adalah salah satu jenis mineral yang banyak terdapat di bumi Indonesia. Potensi zeolit alam di Indonesia cukup besar dan telah diketahui oleh para ahli geologi sekitar 47 lokasi (kota), terbanyak tersebar di sekitar pulau Jawa( 1 ).
Zeolit alam selain dapat digunakan untuk bidang peternakan, perikanan, pertanian, kedokteran / kesehatan, juga dapat dimanfaatkan untuk menangani proses olah ulang bahan bakar reaktor dan limbah industri nuklir.
Z
Di dalam bahan bakar bekas reaktor nuklir terutama jenis PWR pada umumnya masih banyak mengandung uranium (U) dan ini perlu dipisahkan dari unsur-unsur radioaktif hasil belah dari reaksi inti di dalam reaktor nuklir bila diinginkan untuk dipakai lagi. Molibdinium (Mo) adalah salah satu hasil belah yang mempunyai sifat kimia mirip dengan uranium.
Teknik pemisahan U dan Mo telah banyak dilakukan misalnya dengan cara pengendapan, ekstraksi cair-cair atau memakai resin penukar ion. Kajian kemungkinan pemanfaatan zeolit untuk memisahkan U dari Mo merupakan hal yang sangat menarik, karena zeolit alam mudah diperoleh dengan harga yang murah dan dalam jumlah yang berlimpah.
Zeolit adalah senyawa kristalin dengan struktur kerangka tiga dimensi yang berongga, kerangka tiga dimensi ini terbentuk oleh tetrahedral aluminat (AlO4)5- dan silikat (SiO4)4-. Dalam
struktur kristal tersebut terdapat sisi aktif yang dapat menjadikan zeolit berlaku sebagai penukar kation dan sebagai adsorben yang selektif ( 2, 3 ).
Keberhasilan pemisahan antara U dan Mo menurut Tompkins, E.R ( 4 ) ditunjukkan oleh nilai faktor
pemisahan
Dimana A, B masing-masing adalah berat ion penukar U dan Mo di dalam larutan sebelum proses pemisahan dilakukan. XA, XB masing-masing
adalah berat ion penukar U dan Mo di dalam padatan zeolit. Berdasarkan mekanisme tersebut di atas maka dilakukan pengkajian proses untuk memanfaatkan zeolit alam dalam upaya memisahkan uranium dari molibdenum, yaitu pengaruh suhu kalsinasi zeolit, keasaman larutan campuran U dan Mo, dan waktu pemisahan.
Berdasarkan sifat tersebut maka zeolit diharapkan dapat digunakan sebagai adsorben memisahkan uranium dan molibdenum. Untuk mengetahui bagaimana peranan mekanisme kinetika reaksi proses adsorpsi U dan Mo dalam zeolit tersebut sangat menarik untuk dipelajari.
Dengan dikuasainya pengetahuan tentang kinetika reaksi tersebut akan banyak memberikan informasi penting seperti fenomena transport, transformasi, interaksi dan akumulasi polutan tersebut di alam lingkungan(3,4). Informasi ini sangat
penting bagi pengambil keputusan terhadap kemungkinan terjadinya kontaminasi ataupun kerusakan lingkungan yang disebabkan oleh U dan Mo, sehingga pencemarannya sedini mungkin dapat dihindari.
Untuk mencapai tujuan diatas, pada penelitian ini akan dipelajari kinetika proses adsorpsi U dan Mo. Data eksperimen proses adsorpsi yang diperoleh akan dievaluasi dengan model kinetik nonlinier “Langmuir-Hinshelwood”. Model ini dipilih karena keungulannya dalam menerangkan proses adsorpsi logam ke dalam zeolit (LH)(4).
TEORI
Untuk mengetahui bagaimana zeolit mengadsorpsi U dan Mo dapat diterangkan dengan pendekatan model kinetika non linier “Langmuir-Hinshelwood” (4). Model kinetika menurut
LIVENSPIEL ( 7, p. 64 – 68 ) Reaksi yang terjadi :
A + Z ko, k1 (Z●H) (2)
Model kinetik LH dapat dinyatakan :
)
0
/(
1
)
(
)
/
ln(
CA
C
t
k
ko
CA
Co
CA
Co
+
=
−
−
(3)Bila dibuat kurva hubungan antara ln(Co/CA)/(Co-CA) versus t/(Co-CA), akan didapat
persamaan garis lurus dengan k1 sebagai slope dan
ko sebagai intercept dan kecepatan reaksi dapat
dihitung.
TATA KERJA
Bahan
Bahan – bahan yang dipakai untuk penelitian ini adalah UO2(NO3)2. 6 H2O, (NH4)6Mo7O24. 4 H2O
dan H2SO4 buatan dari E. Merck digunakan untuk
membuat larutan campuran ( U, Mo ), HCl dan NH4Cl buatan dari E. Merck digunakan untuk
proses pengaktifan zeolit alam yang diambil dari desa Suru, Gedang sari, kabupaten Gunung Kidul. Zeolit alam ini mempunyai kandungan SiO2 = 62,75
% , Al2O3 = 13,63 %, Fe2O3 = 2,12 %, CaO = 3,42
%, MgO = 0,87 %, Na2O = 1,32 %, K2O = 1,39 %.
Alat
Di dalam pemisahan campuran U dan Mo dengan zeolit maka untuk mendapatkan zeolit dengan ukuran tertentu digunakan pengayak HAVER EML. Larutan campuran U dan Mo dipisahkan dengan zeolit di dalam tabung plastik oleh sistem penggojok putar : R.R Mini, Karl Kolb, D-6072. Kadar U di dalam larutan hasil pemisahan ditentukan dengan spektrometer pendar sinar - X (MCA-ORTEC-7010) sedangkan kadar Mo nya ditentukan dengan spektrometer serapan nyala atom (AAS) tipe AA-300 P buatan Varian Tehtron, Austria.
Cara kerja 1. Aktifasi zeolit
Zeolit alam dari Gunung Kidul yang telah digerus berukuran antara 50 sampai 200 mesh ditimbang sebanyak 1 kg kemudian dimasukkan ke dalam bekerglas dan ditambahkan HCl 0,1 M sebanyak 1 l , diaduk dan direndam selama 24 jam. Setelah itu zeolit dicuci dengan air suling dan selanjutnya direndam dengan NH4Cl 0,5 M
selama 24 jam. Zeolit dicuci kembali dengan air suling , selanjutnya dikalsinasi pada suhu bervariasi sampai 800 oC selama 4 jam.
2. Kajian pengaruh suhu kalsinasi
Zeolit dengan ukuran butir -100 +200 mesh yang dipreparasi kimia di atas dikalsinasi pada suhu 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, dan 800 oC selama 4 jam, ditimbang sebanyak 5 g
untuk masing-masing suhu kalsinasi dan ditambahkan 20 ml larutan campuran U = 31.000 ppm , Mo = 100 ppm di dalam H2SO4
0,05 M. Campuran zeolit dan larutan (U,Mo) diaduk menggunakan alat homogenisasi yang
berputar dengan kecepatan 30 rpm selama 4 jam. Setelah itu campuran disaring untuk memisahkan fasa padat dan fasa cair atau filtratnya yang kemudian filtrat ditentukan kadar U, Mo nya dengan alat spektrometer pendar sinar - X dan spektrometer serapan nyala atom. 3. Kajian pengaruh keasaman larutan
Campuran (U,Mo)
Zeolit dengan ukuran butir -100 +200 mesh , suhu kalsinasi tertentu sebanyak 5 g ditambahkan masing-masing larutan campuran (U,Mo) dengan U = 31.000 ppm , Mo = 100 ppm di dalam H2SO4 : 0,05 ; 1 ; 2 ; 3 ; 4; dan 5
M. Selanjutnya dikerjakan seperti cara kerja no.2.
4. Kajian pengaruh ukuran butir zeolit
Zeolit hasil kalsinasi pada suhu tertentu dengan ukuran butir yang bervariasi : -50 +100, -100 +200, -200 +325, -325 +400, dan -400 mesh masing-masing sebanyak 5 g ditambah 20 ml larutan campuran (U,Mo) dengan U = 31.000 ppm, Mo = 100 ppm di dalam H2SO4 dengan
konsentrasi tertentu. Selanjutnya dikerjakan seperti cara kerja no. 2.
5. Kajian pengaruh waktu pemisahan
Zeolit dengan ukuran butir hasil kondisi optimum kajian no.4 yang dikalsinasi pada suhu 200 oC sebanyak 5 g ditambah 20 ml
larutan campuran (U,Mo) dengan U = 31.000 ppm , Mo = 100 ppm di dalam H2SO4 0,05 M.
Masing-masing campuran zeolit dan larutan (U,Mo) diaduk menggunakan alat homogenisasi yang berputar dengan kecepatan 30 rpm selama : 1, 2, 3, 4 dan 5 jam. Selanjutnya dikerjakan seperti cara kerja no.2.
6. Kajian kinetika reaksi proses adsorpsi campuran uranium dan molibdenum dalam zeolit.
Data eksperimen proses adsorpsi dievaluasi dengan model “Langmuir-Hinshelwood”. Model ini dipilih karena keunggulannya dalam menerangkan proses adsorpsi U dan Mo kedalam zeolit.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Aktivasi zeolit yang telah dilakukan dimaksudkan untuk meningkatkan aktivitas zeolit, baik sebagai adsorben maupun sebagai penukar kation. Pada percobaan ini dilakukan dengan 2 cara, yaitu secara kimia dan fisis.
Cara kimia dengan menambahkan bahan kimia, pertama mencuci zeolit dengan larutan HCl
0,1 M yang bertujuan menghilangkan bahan-bahan organik dan logam-logam pengotor yang ada pada mineral zeolit. Kedua dengan menambahkan larutan NH4Cl 0,5 M bertujuan untuk mengganti ion
logam yang terikat dalam zeolit pada ikatan Si, Al dengan NH4+ (sebagai kation).
Perubahan yang tampak dengan adanya perlakuan aktivasi secara kimia adalah perubahan warna zeolit, dari coklat kehijauan menjadi coklat muda, hal ini dikarenakan unsur pengotor yang terikut telah dipisahkan.
Aktivasi secara fisis adalah kalsinasi, yaitu memanaskan zeolit yang telah melalui tahap pencucian/aktivasi kimiawi, dengan menggunakan tungku listrik, pada suhu sampai 800 oC selama
beberapa jam.
1. Pengaruh Suhu Kalsinasi Zeolit Untuk Pemisahan U, Mo
Kalsinasi terhadap zeolit bertujuan untuk meningkatkan derajat kekristalan, menguapkan molekul air yang menutupi permukaan/rongga zeolit dan menghilangkan bahan organik. Suhu kalsinasi zeolit dikaji pada penelitian ini bervariasi dari 100 oC sampai 800 oC, selama 4 jam,. Larutan
umpan campuran (U,Mo) yang akan dipisahkan mengandung U = 31.000 ppm dan Mo = 100 ppm, keasaman 0,05 M H2SO4. Pemisahan dikerjakan
dengan alat homogenisasi yang berputar 30 rpm selama 4 jam. Hasil penyerapan U, Mo dan faktor pemisahan U/Mo dapat disajikan pada tabel 1.
Dari tabel 1 terlihat bahwa nilai penyerapan uranium cenderung bertambah besar dengan naiknya nilai suhu kalsinasi sedang untuk molibdenum adalah sebaliknya. Pada suhu 200 oC
terjadi selisih nilai yang terbesar antara penyerapan uranium dan molibdenum atau dengan kata lain nilai faktor pemisahan (U/Mo) adalah terkecil yaitu 0,4953, hal ini karena molekul air yang menutupi permukaan/ rongga zeolit telah menguap, menurut Keer ( 5 ) pada suhu 200 oC ion amonium di dalam
zeolit mulai terdekomposisi (deaminasi) dengan persamaan reaksi sebagai berikut :
200 oC
NH4 Al Si O6 → H Al Si O6 + NH3➶ (4)
asam Bronsted
Pada suhu kalsinasi lebih tinggi dari 200 oC
zeolit yang mempunyai sifat sebagai asam Bronsted akan berubah secara sempurna menjadi zeolit yang bersifat basa Bronsted dan asam Lewis dengan melepaskan air pada suhu 400 - 500 oC, maka
nampak pada hasil penelitian ini bahwa adanya perubahan tersebut nilai dari penyerapan uranium cenderung turun dan penyerapan molibdenum
bertambah besar. Oleh karena itu untuk pemisahan campuran (U,Mo) menggunakan zeolit ini dipilih suhu pemanasan 200 oC.
Tabel 1. Hubungan suhu kalsinasi zeolit terhadap penyerapan dalam zeolit dan faktor pemisahan U/Mo
Umpan U = 31000 ppm, Mo = 100 ppm ; Keasaman = 0,05 M ; Waktu= 4 jam Suhu, oC Penyerapan dalam zeolit, ppm Faktor Pemisahan (α) U/Mo U Mo 100 12050 52 0,5788 200 11619 55 0,4953 300 12434 53 0,5945 400 12961 51 0,6828 500 10469 46 0,5922 600 12905 49 0,7492 700 11870 45 0,7719 800 13057 44 0,9419
2. Pengaruh keasaman larutan umpan (U,Mo) Keasaman larutan umpan dinyatakan dalam molar H2SO4. Larutan umpan campuran (U,Mo), U
= 31.000 ppm dan Mo = 100 ppm dibuat dalam kondisi asam sulfat dengan konsentrasi bervariasi dari 0,05 sampai 5 M. Tujuan pembuatan tersebut adalah unsur yang akan dipisahkan mempunyai bentuk spesies yang berlainan pada tiap-tiap konsentrasi keasaman dan terjadi kompetisi dari dua unsur tersebut. Hal ini berdasarkan sifat dari uranium dan molibdenum yaitu bahwa pada konsentrasi H2SO4. rendah mereka berada dalam
spesies UO22+ dan MoO22+, tetapi bila konsentrasi
H2SO4. tinggi mereka berada dalam spesies
UO2(SO4)3-4 dan MoO2(SO4)3-4 yang tidak dapat
dipisahkan dengan cara ini. Pada percobaan ini menggunakan zeolit dengan ukuran butiran -100 +200 mesh. yang telah dikalsinasi pada suhu 200
oC. Hasil penyerapan pada pengaruh keasaman
disajikan pada Tabel 2.
Pada konsentrasi keasaman 0,05 M terlihat nilai efisiensi penyerapan uranium maupun molibdenum menunjukkan hasil yang tertinggi , namun bila dilakukan pada konsentrasi keasaman yang lebih rendah (misalnya 0,001 M), maka akan terjadi sedikit endapan putih kekuning-kuningan pada larutan campuran, diperkirakan adalah endapan H2MoO4 karena UO22+ sangat stabil pada
pH 2 - 2,5 atau lebih rendah. Hal ini tidak dikehendaki karena pengkajian pemisahan dengan menggunakan zeolit tidak dapat dilakukan. Pada konsentrasi keasaman 0,05 M H2SO4 terjadi selisih
nilai yang terbesar antara efisiensi penyerapan uranium dan molibdenum dan nilai faktor
pemisahan yang terkecil yaitu 0,4953, maka pada konsentrasi keasaman 0,05 M bisa disebut sebagai konsentrasi keasaman optimum.
Penyerapan molibdenum menunjukkan cenderung turun dengan bertambah besarnya konsentrasi keasaman, hal ini dimungkinkan karena zeolit tidak stabil dengan keasaman yang makin tinggi. Untuk meningkatkan kesetabilan zeolit dalam suasana asam maka dapat dilakukan dengan jalan mengurangi kandungan aluminium dalam struktur dasar zeolit (dealuminasi).
Tabel 2.Hubungan keasaman larutan umpan terhadap penyerapan dalam zeolit dan faktor pemisahan U/Mo
Umpan U = 31000 ppm, Mo = 100 ppm ; Suhu = 200 oC ; Waktu = 4 jam
Keasaman, M
Penyerapan dalam
zeolit, ppm Pemisahan Faktor (α) U/Mo U Mo 0,05 11619 55 0,4953 0,50 11148 51 0,5455 1,00 10794 47 0,5968 2,00 11854 45 0,7489 3,00 9765 41 0,6697 4,00 9281 39 0,6633 5,00 11070 36 0,9693
3. Pengaruh Ukuran Butir Zeolit
Ukuran butir sangat berpengaruh terhadap proses penyerapan, semakin halus partikel zeolit maka akan mempunyai luas permukaan yang semakin besar, sehingga mampu menyerap lebih banyak partikel yang akan dipisahkan. Variasi ukuran butir dikerjakan dari -50 sampai -400 mesh menggunakan zeolit yang dikalsinasi dengan suhu 200 oC. Umpan larutan campuran (U,Mo), U = 31.
000 ppm dan Mo = 100 ppm, dengan keasaman 0,05 M H2SO4. Hasil percobaan variasi ukuran butir
dapat dilihat pada tabel 3..
Dari tabel 3 terlihat bahwa semakin kecil ukuran butir maka efisiensi penyerapan uranium maupun molibdenum akan semakin besar, hal ini karena luas permukaan dari zeolit bertambah besar, sehingga daya serapnya meningkat. Kondisi penyerapan yang optimum terjadi pada ukuran butir -200 +325 mesh, karena pada kondisi ini terjadi selisih nilai efisiensi penyerapan uranium dan molibdenum yang terbesar serta nilai faktor pemisahan yang terkecil yaitu 0,3917.
Pada kondisi ukuran butir -325 +400 mesh menunjukkan efisiensi penyerapan uranium maupun molibdenum yang tertinggi, namun tidak bisa diambil sebagai titik optimum karena nilai
selisihnya lebih kecil dibandingkan pada kondisi ukuran butir -200 + 325 mesh.
Tabel 3. Hubungan ukuran butir zeolit terhadap efisiensi penyerapan U, efisiensi penyerapan Mo dan faktor pisah U/ Mo
Ukuran Butir Zeolit (Mesh) Efisiensi Penyerapan Uranium (%) Efisiensi Penyerapan Molibdenum (%) Faktor Pemisahan U/ Mo -50 +100 -100 +200 -200 +325 -325 +400 -400 34,96 37,48 37,51 41,24 47,31 54,64 54,76 60,51 63,67 64,67 0,4463 0,4953 0,3917 0,4005 0,4907
4. Pengaruh waktu penyerapan
Semakin lama kontak antara fasa air yang terdiri dari larutan umpan (U,Mo) dengan fasa padat yaitu zeolit maka efisiensi penyerapan uranium maupun molibdenum akan semakin besar, akan tetapi pada suatu saat tertentu nilai faktor pemisahan akan tetap karena telah tercapai keseimbangan sistem. Larutan umpan campuran (U,Mo), U = 31.000 ppm dan Mo = 100 ppm, keasaman 0,05 M H2SO4 dicampur di dalam alat
homogenisasi dengan zeolit berukuran butir -200 +325 mesh, pada kecepatan putar 30 rpm selama waktu yang divariasi hingga 5 jam. Hasil yang diperoleh ditunjukkan pada tabel 4.
Tabel 4.Hubungan waktu penyerapan terhadap penyerapan dalam zeolit dan faktor pisah U/Mo Umpan U = 31000 ppm, Mo = 100 ppm ; Keasaman = 0,05 M ; Suhu = 200 oC Waktu, Jam Penyerapan dalam
zeolit, ppm Pisahan (α) Faktor U/Mo U Mo 1 9883 55 0,381 2 11200 58 0,4168 3 11538 60 0,3992 4 11628 61 0,3917 5 11771 61 0,3915
Seperti ditunjukkan pada tabel 4 pemisahan campuran (U/Mo) dengan waktu pemisahan selama 1 jam dan seterusnya memberikan nilai faktor pemisahan yang dapat dianggap tetap, maka kondisi pemisahan yang optimum dipilih 1 jam dengan faktor pemisahan (U/Mo) = 0,381.
5. Kecepatan reaksi adsorpsi
Percobaan kinetika
“Langmuir-Hinshelwood” (LH) dikerjakan dengan cara melakukan pengambilan cuplikan berurutan terhadap sistem uranium dan senyawa Molibdenum, menghasilkan data konsentrasi/aktivitas pada waktu tertentu. Dengan mensubstitusikan data-data percobaan kedalam persamaan (3) maka diperoleh kurva nilai t/(Co – CA) versus ln (Co/CA)/(Co – CA).
Tabel 5.Hubungan antara ln (Co/CA)/(Co – CA) sebagai fungsi dari t/(Co – CA)
Waktu (t) adsorpsi, (jam)
ln (Co/CA)/(Co – CA) t/(Co – CA)
Uranium Molibdenum Uranium Molibdenum
1 5,4135 x 10-5 1,3285 x 10-2 4,7355 x 10-5 2,2222 x 10-2
2 5,1417 x 10-5 1,2970 x 10-2 10,1010 x 10-5 4,7619 x 10-2
3 5,0783 x 10-5 1,2771 x 10-2 15,4146 x 10-5 7,5000 x 10-2
4 5,0617 x 10-5 1,2674 x 10-2 20,6483 x 10-5 10,2564 x 10-2
5 5,0358 x 10-5 1,2674 x 10-2 26,0023 x 10-5 10,2564 x 10-2
Untuk menghitung nilai k1 dan k0 digunakan
metoda kuadrat terkecil atau sering disebut regresi linier. Dengan regresi linier seperti pada Gambar 1 dan 2 diperoleh persamaan :
y = k1 (x) + k0
Selanjutnya bila t/(Co – CA) versus ln (Co/CA)/(Co – CA) digambarkan, maka dapat didekati dengan garis lurus seperti tampak pada Gambar 1 dan 2.
Dari hasil penelitian didapatkan nilai koefisien kecepatan reaksi orde nol (k0), koefisien
kecepatan reaksi orde satu (k1), yaitu sebagai
intercep dan slop dan kecepatan reaksi (rA = k1 /
k0). Hasil selengkapnya untuk nilai (k0), (k1) dan rA
pada reaksi uranium dan molibdenum dapat dilihat dalam Tabel 6.
Dari Gambar 1 dan 2 didapat persamaan garis lurus :
Uranium : y = - 0,0835 x + 5,4804 (5) Molibdenum : y = - 0,0152 x + 1,3482 (6)
Gambar 1. Hubungan antara t/(Co CA) terhadap (Co/CA)/(Co – CA)
Gambar 2. Hubungan antara t/(Co CA) terhadap (Co/CA)/(Co – CA)
Tabel 6. Koefisien reaksi dan kecepatan reaksi U dan Mo dalam zeolit
Adsorben Koefisien reaksi orde nol Koefisien reaksi orde satu, menit-1 Kecepatan reaksi, (k1/ko), /menit Uranium 5,4804 - 0,0835 - 1,5236. 10-2 Molibdenum 1,3482 - 0,0152 - 1,1274. 10-2
Sesuai dengan model kinetika “Langmuir-Hinshelwood”, reaksi mula-mula mengikuti orde nol, setelah konsentrasi tertentu mengikuti orde satu. Reaksi orde nol berarti bahwa kecepatan reaksi tidak tergantung kepada konsentrasi uranium dan molibdenum, sedangkan orde satu berarti kecepatan reaksi bergantung kepada salah satu reaktan. Mula-mula adsorpsi berjalan cepat. Setelah adsorpsi mencapai kejenuhan, adsorpsi terjadi melalui gaya tarik fisis elektrostatik, sehingga reaksi berubah lebih lambat mengikuti orde satu.
KESIMPULAN
Zeolit alam dapat digunakan untuk memisahkan campuran (U,Mo) dengan cara batuan zeolit dihancurkan menjadi butiran kemudian dicuci dengan larutan HCl 0,1 M, diaktifkan melalui pertukaran ion menggunakan larutan NH4Cl0,5 M
dan selanjutnya dikeringkan lewat pemanasan pada suhu 200 oC. Adapun pemisahan campuran (U,Mo)
dilakukan dengan menggunakan zeolit berukuran butir -200 +325 mesh untuk kadar U = 31.000 ppm dan Mo = 100 ppm di dalam larutan H2SO4 0,05 M
dengan waktu pemisahan 1 jam. Melalui cara ini diperoleh hasil faktor pemisahan (U/Mo) = 0,3811. Penelitian sesuai dengan model kinetika
Langmuir-Hinshelwood didapat persamaan uranium: y = - 0,0835 x + 5,4804 dan molibdenum: y = - 0,0152 x + 1,3482.
UCAPAN TERIMA KASIH
Bersama ini diucapkan terima kasih kepada Sdr. Atok Suhartanto yang telah membantu penelitian ini.
DAFTAR PUSTAKA
1. HARJANTO dan SARNO, , Lempung Zeolit Dolomit dan Magnesit, Pusat Pengembangan Teknologi Mineral, Bandung (1987).
1. MINATO, H., Zeolite : Its Natural Resources and Utilization, Ceramic Japan, 10 (1975), 941 – 957.
2. BARRER, R.M., Zeolite and Clay Minerals as Sorbents and Moleculair Sieves, Academic Press, London (1978).
3. NACHOD, F.C. and JACK SCHUBERT, Ion Exchange Technology, Academic Press Inc. Publishers, New York (1956).
4. KEER, G.T., "Chemistry of crystalline aluminosilicates VII", Thermal decomposition products of ammonium zeolite Y, J. Catal. 15 (1969), 200 – 204.
5. JIN., X., BAILEY, G.W., YU,Y.S., and LYNCH, A.T., :Kinetics of Single and Multiple Metal Ion Sorpsion Processes on Humic Subtances”, Vol. 161 No. 8 ( 1996), 509-520.
6. LIVENSPIEL, O, Chemical Reaction Engineerin, John Wiley & Sons, New York (1972).
7. BENEDICT, M., FIGFORD, T. H., AND LEVI, H. W., Nuclear Chemical Engineering, 2nd Edition, McGraw-Hill Book Company,
New York (1981).
8. Biyantoro, D., SUKIRNO, dan BASUKI, K.T., “Kinetika Reaksi Proses Adsorpsi Cs-137 Dalam Asam Humat dan Senyawa Humat”, Prosiding, PPI, P3TM-BATAN, Yogyakarta (2005)127 – 133.
TANYA JAWAB
Prayitno
Fenomena proses adsorpsi campuran U dan Mo dalam zeolit ?
Bagaimana cara mendeteksi bahwa uranium lebih banyak dari Mo ?
Jenis zeolit apa yang digunakan ?
Kalau diganti bentonit bagaimana ? R. Subagiono
Fenomena proses adsorpsi campuran U dan Mo dalam zeolit adalah pengambilan U atau Mo dengan penjerapan oleh zeolit. Pada penjerapan, zat yang dijerap menempel pada permukaan padatan, tidak sampai ke dalam padatan.
Cara mendeteksi bahwa U lebih banyak dari Mo yaitu bila nilai kecepatan reaksi U lebih besar daripada Mo.
Zeolit yang digunakan dari hasil analisis dengan menggunakan spektrometer difraksi sinar – X ternyata zeolit Gunung Kidul ini termasuk jenis campuran klinoptilolit dan mordenit.
Bisa, tetapi kapasitas adsorpsi dan selektifitasnya tidak sama.
Tri Rusmanto
Dalam pemisahan U dan Mo faktor apa saja yang sangat mempengaruhi, misal pH, suhu apa pengaruhnya ?
Bila digunakan untuk skala pabrik apakah dapat dilakukan tolong jelaskan !
R. Subagiono
Dalam pemisahan U dan Mo, faktor yang berpengaruh adalah teknologi proses aktifasi zeolit, pH atau keasaman larutan campuran (U, Mo), ukuran butiran zeolit dan waktu pemisahan. Pengaruh pH dari larutan campuran terhadap proses ini yaitu karena sifat dari U dan Mo yang masing-masing mempunyai bentuk spesies yang berbeda pada kondisi keasaman tertentu maka akan berpengaruh terhadap nilai koefisien difusinya sehingga nilai faktor pemisahan (U, Mo) juga akan berubah. Demikian juga faktor suhu di dalam proses adsorpsi karena nilai koefisien difusi suatu zat akan naik bertambah besar dengan naiknya suhu, oleh karenanya dalam hal ini akan berpengaruh terhadap nilai faktor pemisahan (U, Mo). .
Proses ini dapat dilakukan dalam skala pabrik karena bahan-bahan yang digunakan terutama zeolitnya merupakan sumber daya alam yang melimpah sehingga dari faktor ekonomi sangat menguntungkan.
Sunardjo
Apakah yang menjadi latar belakang penggunaan bahan zeolit alam dari Gunung Kidul, sedangkan di daerah lain masih banyak ?
R. Subagiono
Yang menjadi latar belakang dari penggunaan zeolit Gunung Kidul adalah untuk memanfaatkan sumber daya alam lokal.
