LAPORAN PRAKTIKUM PTK 4 “ ION EXCHANGE “
Disusun Oleh :
Ariesta Dwi Utami (2015430005)
FAKULTAS TEKNIK
I. PRINSIP PERCOBAAN
Melakukan pemisahan dengan teknik pertukaran ion berdasarkan pada jumlah gugus ion yang dapat ditukar yang terkandung dalam setiap gram bagian resin tersebut
II. MAKSUD DAN TUJUAN
Praktikan diharapkan dapat memahami prinsip kerja alat Ion Exchange pada proses pelunakan air dan demineralisasi
Prektikan dapat mengetahui aplikasi alat ion exchange pada dunia industri
III. REAKSI
-IV. DASAR TEORI
Ion exchange adalah suatu proses untuk pemurnian air dimana ion-ion dalam suatu larutan ditukar dengan suatu penukar ion-ion (berupa resin), padatan, gel. Tipe-tipe penukar ion adalah resin penukar ion, zeolite, montmorillonite, tanah liat dan humus. Penukar ion adalah suatu penukar kation untuk anion bermuatan positf dan penukar anion untuk ion bermuatan negatif. Pertukaran ion adalah suatu proses reversible dimana penukar ionnya dapat diregenerasi mealui suatu pencucian dengan suatu kelebihan ion yang dapat ditukar.
Resin penukar ion adalah suatu strukur polimer yang mengandung suatu gugus aktif yang terikat pada kerangka organik. Proses pembentukan resin terdiri dari dua tahap yaitu pembentukan gugus aktif. Umumnya untuk pembentukan kerangka biasa dipakai cross linked polystirene yang dibentuk dari tetesan cairan monomer yang disuspensikan dalam air. Dari proses tersebut diperoleh butiran yang keras, transparan, tidak berwarna dan kedap air. Butiran-butiran ini belum memiliki sifat penukar ion.
Dalam pengolahan air minum, media ion exchange harus memiliki sifat-sifat sebagai berikut:
a. Memiliki ion dalam media ion exchange itu sendiri; b. Tidak larut dalam air;
c. Memiliki luas permukaan yang cukup pada struktur pori-pori sehingga mudah bagi ion untuk melewatinya;
d. Memiliki kapasitas ion exchange dan dapat diregenerasi dengan bahan kimia yang sesuai;
e. Bersifat tahan lama dan stabil secara kimia;
Kegunaan Ion Exchange pada dunia Industri :
a. Pada industri pemurnian air digunakan untuk menghasilkan air lunak.hal ini terpenuhi dengan pertukaran ion antara Mg dan Ca terhadap Na dan H.
b. Pada Indutri Biokimia untuk memisahkan molekul seperti protein. Proses ini diterapkan juga pada pelunak air.
c. Pada industri makanan, hydronetallurgi, finishing metal, bahan kimia dan petrokimia, farmasi, gyla dan lain lain.
d. Untuk pembuatan denim dan air lunak sebagai air umpan dan make up water pada boiler.
Pertukaran kation akan menukar ion bermuatan positif, penukaran anion akan menukar ion negatif. Keduanya merupakan zat yang bermolekul tinggi dengan gugus aktif yang dapat dilakukan, yang terkompensasi dengan ion lawan sesuai yang dapat bergerak. Penukar kation terdiri dari matrik polianion tiga dimensi dengan kation yang bebas bergerak, penukar anion sesuai dengan itu terdiri dari matriks polikation dengan anion yang bebas bergerak. Semua pertukaran ion yang bernilai dalam analisis (proses penentuan adanya unsur atau kuantitas tiap unsur), memiliki beberapa kesamaan sifat, yaitu hampir tidak larut dalam air atau dalam pelarut organik dan mengandung ion-ion aktif atau ion-ion lawan yang bertukar secara reversible (mampu bergerak ke arah yang berlawanan) dengan ion-ion lain dalam larutan yang mengelilinginya, tanpa disertai terjadinya perubahan-perubahan fisika yang berarti dalam bahan tersebut. Pertukaran ion ini bersifat kompleks dan sesungguhnya adalah polimetrik. Polimer ini membawa suatu muatan listrik yang dapat dinetralkan oleh muatanmuatan pada ion-ion lawannya (ion aktif). Ion-ion aktif ini berupa kation-kation dalam suatu penukar kation dan berupa anion-anion dalam penukar anion (Khopkar, 1990).
A. RESIN
Resin adalah suatu polimer yang secara elektris memiliki muatan yang satu ionnya dapat digantikan oleh ion lainnya. Berbentuk matriks yang tidak dapat larut yang berdiameter ±1−2mm .
Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari air misalnya asam humus, lignin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai garam alkali atau larutan natrium hidroksida, bisa juga dengan asam klorida jika dipakai resin dengan sifat asam.Dalam regenerasi itu dihasilkan eluen yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi.
Adapun Sifat-sifat resin yang baik adalah sebagai berikut:
Resin dengan ukuran partikel kecil akan semakin baik, sebab dibutuhkan luas kontak yang besar
Resin mempunyai stabilitas yang dapat digunakan dalam waktu yang lama, tidak mudah aus/rusak dalam regenerasi
Kapasitas total yang tinggi. Maksudnya resin memiliki kapasitas pertukaran ion yang tinggi.
Kelarutan yang rendah dalam berbagai larutan sehingga dapat berulang- ulang. Resin akan beroperasi dalam cairan yang mempunyai sifat melarutkan, karena yaitu resin harus tahan terhadap air
Kestabilan kimia yang tinggi. Resin diharapkan dapat bekerja pada range pH yang luas serta tahan terhadap asam dan basa. Demikian pula terhadap oksidasi dan radiasi.
Kestabilan fisik yang tinggi. Resin diharapkan tahan terhadap tekanan mekanis, tekanan hidrostatis cairan serta tekanan osmosis. Kebanyakan pemisahan resin penukar ion dilakukan dalam media air sebab sifat ionisasi dari air. Resin penukar ion dengan fasa gerak media air, retensi puncak dipengaruhi oleh kadar garam total atau kekuatan ionik dan oleh pH fasa gerak. Kenaikan kadar garam dalam fasa gerak menurunkan retensi senyawa cuplikan. Hal ini disebabkan oleh penurunan kemampuan ion cuplikan bersaing dengan ion fasa gerak untuk gugus penukar ion pada resin. Resin didalam kolom akan rusak jika tidak terendam larutan atau air. Perlu diketahui bahwa air murni yang digunakan dalam laboratorium ini bukan aquades (air suling) melainkan aqua demineralisasi (aqua-dm) ialah air yang bebas dari anion. Air ini diperoleh dengan cara mengalirkan air kran melalui resin penukar ion, jadi bebas ion-ion (Sutrisno, 2009).
B. Proses Pertukaran Ion
Proses pertukaran ion dalam resin dibagi menjadi 2 macam proses, yaitu: 1. Proses Softening (Pelunakan)
Proses pelunakan termasuk dalam proses pertukaran ion untuk menghilangkan ion-ion terlarut yang tidak dapat dihilangkan melalui proses klarifikasi dan flokulasi. Proses softening air dapat digunakan untuk menghilangkan zat-zat kimia pengeras air, yakni ion kalsium dan magnesium. Pertukaran Kation Pada Proses Softening Air Jika R adalah senyawa resin, maka reaksi pertukaran ion kalsium yang terjadi pada proses softening air adalah sebagai berikut:
2 RNa + Ca2+ → R2Ca + 2 Na+
sodium (Na+) dan karena ion molekul resin memiliki gaya tarik-menarik yang lebih kuat dengan ion kalsium dan magnesium, maka terjadilah proses pertukaran ion. Molekul resin melepas ion sodium ke dalam air, diikuti dengan pengikatan ion kalsium dan magnesium ke molekul resin. Tujuan pelunakan air adalah untuk menurunkan dan menghilangkan kesadahan air. Dengan kandungan air saadah yang rendah dapat meminimalisasikan terbentuknya kerak jika digunakan air umpan boiler dan air pendingin.
C. Tahapan Deionizer
Tahap kation exchange
Pada tahap ini kandungan garam mineral dikurangi. Kation dan garam-garam mineral adalah Ca, Mg, Na, K. Mineral tersebut memiliki afinitas yang lebih tinggi dari H2 sehinga pada proses kation exchange, kation-kation tersebut dapat menggeser ion dalam persenyawaan resin. Reaksi yang terjadi adalah:
Weakly basic anion exchange, hanya dapat menghilangkan klor dan nitrat, Reaksinya
RNH3 + HCl → RNH3Cl + H2O
Strong basic anion exchange, dapat menghilangkan anion-anion kuat, asam silica, sulfat dan karbonat.Reaksi yang terjadi
R4NaOH + HIO3 → R4NHSIO3 + H2O
Air yang dihasilkan dari proses diatas, ditampung dalam tangki air murni (pure water tank)
Secara umum proses erjadi pada proses penukaran ion adalah: 1. Back wash
Tahap pencucian balik dilakukan jika kemampuan resin telah mencapai titik habis.Sebagai pencuci, digunakan air produk. Pencucian balik mempunyai sasaran sebagai berikut:
Pemecahan resin yang tergumpal
Penghilangan partikel halus yang terperangkap dalam ruang antar resin Penghilangan kantong-kantong gas dalam reaktor, dan
Pembentukann ulang lapisan resin
2. Proses pertukaran ion (service)
Pada tahap ini terjadi reaksi pertukaran ion. Tahap service ditentukan oleh konsentrasi ion yang dihilangkan terhadap waktu, atau volume air produk yang dihasilkan. Hal yang penting pada tahap layanan dalah kapasitas (teoritik dan operasi) dan beban pertukaran ion (ion exchange load). Kapasitas pertukaran teoritik didefinisikan sebagai jumlah ion secara teoritik yang dapat dipertukarkan oleh resin per satuan massa atau volume resin. Kapasitas pertukaran ion teoritik ditentukan oleh jumlah gugus fungsi yang dapat diikat oleh matriks resin.
3. Regenerasi (pengaktifan kembali)
Regenerasi merupakan proses dimana resin-resin sudah mengalami kejenuhan akan ion-ion yang diikatnya baik anion dan kation. Maka ion-ion tersebut akan dihilangkan atau dibuang dari resin-resin tersebut. Pada anion dengan cara menghilangkan dengan NaOH, kemudian pada kation dengan cara menambahkan dengan HCL. Aliran mengalir dari atas ke bawah
4. Rinse (pengambilan regenerant)
Proses ini bertujuan untuk menghilangkan regenerant yang masih tersisa pada kolom.
D. Proses Deionisasi (Demineralisasi)
Pertukaran Ion Pada Proses Demineralisasi Air Sedikit berbeda dengan proses demineralisasi air, pada ujung rangkaian, molekul resin berikatan dengan ion H+ dan OH-. Pada saat air melewati gugusan resin, akan terjadi pengikatan ion-ion mineral yang terlarut di dalam air karena molekul resin memiliki gaya tarik-menarik lebih besar dengan ion molekul dari pada ion H+ dan OH
Pada tiap proses pertukaran ion, dilakukan regenerasi resin jika resin sudah jenuh. Jenuh berarti keseluruhan molekul resin telah berikatan dengan ion-ion sasaran. Pada proses softening air, resin dikatakan jenih jika keseluruhan molekul resin telah berikatan dengan ion kalsium atau magnesium. Jenuhnya resin ditandai dengan air output dari kolom resin masih mengandung ion-ion kalsium dan magnesium.
Keunggulan Ion Exchange:
1. Mengurangi / menghilangkan unsur inorganik dengan baik 2. Bisa diregenarasikan kembali.
3. Dapat digunakan untuk flowrate / debit yang berfluktuasi.
4. Jenis resin yang bervariasi, setiap jenis resin dapat digunakan untuk menghilangkan unsur/kontaminan tertentu.
Kekurangan Ion Exchange:
1. Semakin tinggi TDS semakin tinggi biaya operasional. 2. menghilangkan partikel, bakteri dan pyrogen.
3. Diperlukan pretreatment untuk hampir setiap bahan baku.
4. Sensitif terhadap keberadaan unsur lain dengan polaritas yang hampir sama.
5. Media resin berpotensi menjadi tempat berkembang biak bakteri
Gambar Proses pelunakan air Gambar Proses Demineralisasi
V. RANGKAIAN ALAT
Statif
Klem
Erlenmeyer
VI. ALAT DAN BAHAN a) Alat yang digunakan
1. Ion Exchange TR02 2. Beaker glass
3. Buret
4. Pipet 5. Erlenmeyer 6. Timbangan
b) Bahan:
1. CaCl2 0.05 N
2. Asam Oksalat 0.007 N 3. NaOH 0.05 N
VII. CARA KERJA
1. Buat larutan CaCl2 0.05 N dalam 2000ml air 2. Buat larutan NaOH 0.05 N dalam 250 ml air
3. Buat Larutan Asam Oksalat 0.007 N dalam 50 ml air
4. Titrasi asam oksalat 25 ml dengan NaOH dan penambahan indikator PP 3 tetes
5. Titrasi CaCl2 50 ml dengan NaOH menggunakan indikator PP 3 tetes 6. Masukkan air kedalam Test water
7. Atur metering pump 60 dan control valve 60
8. Masukkan CaCl2, kemudian atur metering pump 70 dan control valve 70 selama 7 menit
9. Ambil CaCl2 Hasil pemurnian 50ml dan titrasi dengan NaOH dengan penambahan Indikator PP 3 tetes
VIII. DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN Pembuatan NaOH 0.05 N 250 ml
gr = N × V × Mr1000 = 0,05×1000250×40 = 0,5 gram
Pembuatan CaCl2 0.05 N 2000 ml gr = N × V × Mr1000
Pembuatan Asam Oksalat 0.007 N 50 ml gr = N × V × Mr1000
= 0,0071000×50×45 = 0,00157 gram Data Titrasi
Komponen NaOH
Asam Oksalat 8.4 ml
CaCl2 0.2 ml
CaCl2 (Setelah pemurnian) 0.1 ml
Standarisasi Asam Oksalat V1.N1 = V2.N2
N = 25×8.40.007 = 0.021 N
Standarisasi CaCl2 dengan NaOH V1.N1 = V2.N2
N = 0.2×500.05 = 0.0002 N
Standarisasi CaCl2 (Setelah pemurnian) dengan NaOH V1.N1 = V2.N2
N = 0.1×500.05 = 0.0001 N
KPK = |C1−c2|× Vp× Be ×1000 100 % =
|0.0002−0.0001|×2000×111×100 %
1000 = 2.22 %
IX. PEMBAHASAN
adalah proses penggantian Kation dengan gugus hidrogen dan Anion dengan gugus Hidroksil.
Pada praktikum ini menggunakan bahan CaCl2 NaOH dan asam oksalat. Sedangkan alat yang digunakan adalah Ion exchange tipe TR 02. Tahap pertama pembuatan larutan CaCl2 0.05 N sebanyak 2000 ml, NaOH 0.05 N sebanyak 250 ml DAN Asam oksalat 0.007 N sebanyak 50 ml. Setelah itu asam oksalat 25 ml dititrasi dengan NaOH dengan penambahan indikator PP 3 tetes. Titrasi ini berfungsi untuk mengetahui Normalitas NaOH. Setelah itu titrasi CaCl2 50 ml dengan NaOH dengan penambahan indikator PP 3 tetes. Titrasi ini berfungsi untuk perbandingan titrasi.
Langkah selanjutnya masukkan air kedalam test water, kemudian atur metering pomp 60 dan control valve 60. Hal ini bertujuan untuk membersihkan resin dari sisa regenerat yang ada. Selanjutnya masukkan CaCl2 atur metering pomp 70 dan control valve 70 di proses selama 7 menit. Semakin rendah pengaturan metering pomp dan control valve akan menghasilkan pemurnian yang semakian tinggi. Selanjutnya ambil CaCl2 yang sudah dimurnikan 50 ml lalu titrasi dengan NaOH dengan penambahan indikator PP 3 tetes. Titrasi ini berfungsi untuk perbandingan CaCl2 sebelum dan sesudah di murnikan.
Pada praktikum ini didapatkan hasil perbandingan titrasi CaCl2 sebelum dan sesudah di murnikan adalah 0.0002 N dan 0.0001 N. Sedangkan nilai KPK 2.22% . semakin besar nilai KPK maka akan semakin bagus hasil pemurnin larutan tersebut
X. KESIMPULAN
Kesimpulan yang di dapat dari praktikum ini adalah
Ion Exchange adalah suatu proses untuk pemurnian air dimana ion-ion dalam suatu larutan ditukar dengan suatu penukar ion-ion (berupa resin), padatan, gel.
Semakin kecil pengaturan matering pomp dan control valve maka akan menghasilkan kemurnian yang lebih tinggi
Semakin lama waktu kontak resin dengan larutan maka akan makin murni
KPK yang dihasilkan pada praktikum ini 2.22% semakin tinggi nilai KPK maka akan semakin bagus tingkat kemurniannya.
XI. Daftar Pustaka
