ADSORBSI Zr(SO
4)
3-2DALAM RESIN PENUKAR ANION (DOWEX-1X8)
PADA KROMATOGRAFI ANULAR
Endang Susiantini
Pusat Teknologi Akselerator dan Proses Bahan-BATAN Jl. Babarsari Kotak Pos 6101 Ykbb Yogyakarta 55281 Email : ptapb@batan.go.id
ABSTRAK
ADSORBSI Zr(SO4)3-2 DALAM RESIN PENUKAR ANION (DOWEX-1X8) PADA KROMATOGRAFI
ANULAR. Zirkonium merupakan bahan yang baik untuk dimanfaatkan dalam industri nuklir maupun industri non nuklir. Dalam industri nuklir, zirkonium adalah bahan yang strategis karena mempunyai tampang lintang absorpsi netron rendah. Kromatografi anular atau disebut Continous Annular Chromatography (CAC) adalah pemisahan molekul berdasarkan pada perbedaan afinitas kearah adsorben yang dipengaruhi oleh eluen, kecepatan alir umpan, kecepatan putar dan faktor retensi. Ada 3 bagian utama pada kromatografi anular yaitu bagian atas yang terdiri dari 1 bagian untuk masuknya umpan dan beberapa bagian lain untuk masuknya eluen. Bagian tengah adalah tabung anulus yang berputar dan berisi resin penukar ion sedang bagian bawah terdapat penampung fraksi. Dalam penelitian ini digunakan kolom kromatografi anular tinggi = 11 cm, diameter dalam = 7,5 cm, diameter luar = 8,5 cm, fasa diam resin
DOWEX-1X8 berbentuk klorida, tinggi resin = 9 cm, umpan berkadar 88,5 g Zr /L dalam suasana H2SO4
2M. Dipelajari pengaruh waktu tinggal dan kecepatan putar (40-100 rpm) terhadap adsorpsi-desorpsi Zr yang bertujuan untuk mengetahui pola adsorpsi-desorpsi konsentrasi Zr pada setiap nomor fraksi. Diperoleh
hasil semakin lama waktu tinggal umpan anion Zr(SO4)3-2 berada didalam resin penukar anion semakin
banyak anion Zr(SO4)3-2 yang keluar dari resin (terdesorpsi). Hal ini mungkin dikarenakan tidak semua
umpan 100 % berbentuk anion Zr(SO4)3
-2
. Dalam sistim kromatografi anular, umpan dan elusi menetes
bersama-sama sehingga dengan elusi 3-4M H2SO4 maka anion Zr(SO4)3
-2
yang sudah teradsorpsi di resin akan keluar sebagai akibat dari kesetimbangan kearah kiri menjadi tidak bermuatan atau netral. Semakin lama waktu elusi semakin banyak konsentrasi Zr yang dapat terambil (terdesorpsi) dan dimungkinkan bahwa
semakin lama digunakan eluen H2SO4 3-4 M maka Zr akan terelusi (terdesorpsi) semua. Pada kecepatan
putar antar 40-100 rpm konsentrasi Zr terendah yaitu terjadinya adsorpsi Zr tertinggi pada nomor fraksi 2, 5 dan 11. Dan sebaliknya pada nomor 6,9 dan 9 konsentrasi Zr tertinggi menunjukkan adanya desorpsi Zr. Semakin tinggi kecepatan putar (>100rpm) diperkirakan terjadi pencampuran puncak-puncak adsorpsi sehingga adsorpsi Zr kurang efektif.
Kata kunci: anion Zr(SO4)3-2, Continous Annular Chromatography (CAC), DOWEX-1X8, adsorpsi-desorpsi.
ABSTRACT
ADSORPTION OF Zr(SO4)3-2 IN ANION EXCHANGE RESIN (DOWEX-1X8) ON ANNULAR
CHROMATOGRAPHY. Zirconium is a good material for use in the nuclear industry as well as non-nuclear industries. In the nuclear industry, zirconium is a strategic material due to its low neutron absorption cross section. Continuous annular chromatography or called Annular Chromatography (CAC) is the separation of molecules based on differences in affinity towards the adsorbent that is affected by the eluent, the feed flow rate, rotational speed and retention factors. There are three main sections in the upper annular chromatography which consists of one part to the inclusion of feed and some other parts to the entry of the eluent. The middle section is a rotating annulus and the tube containing ion exchange resin while the bottom fraction contained reservoir. This study used annular chromatography column height = 11 cm, inner diameter = 7.5 cm, outer diameter = 8.5 cm, stationary phase resin, Dowex 1X8 chloride- form, high-resin =
9 cm, feed 88.5 g Zr / L in 2M H2SO4. Studied the influence of residence time and rotational speed (40-100
rpm) on the adsorption-desorption of Zr which purpose to determine the influence of adsorption-desorption
of Zr concentration in each fraction number. The results show the longer residence time of feed Zr (SO4)3
-2
anion are in resin anion is more of Zr (SO4)3-2 coming out of the anion resin (desorpsi). This is probably
because not all 100% feed is form Zr (SO4)3-2 anion. In annular chromatography system, elution and feed to
drop together so that the elution of 3-4M H2SO4 then Zr (SO4)3-2 anions are already adsorbed on the resin
will come out as a result of the equilibrium towards the left becomes not charge or neutral. The longer the elution time of a the more of Zr concentrations that can be take (desorption) and it is possible that the longer
use 3-4 M H2SO4 eluent will elute the Zr (desorption) all. In the rotation speed between 40-100 rpm is the
lowest concentration of Zr adsorption was highest in fraction numbers 2, 5 and 11. And conversely the number 6.9 and 9 showed the highest concentrations of Zr desorption. The higher the rotational speed (> 100rpm) expected mixing of the adsorption peaks so that the adsorption of Zr is less effective.
Key words: Zr (SO4) 3-2 anion, Continuous Annular Chromatography (CAC), Dowex-1x8,
adsorption-desorption.Adsorption of Zr(SO4)3
-2
in anion exchange resin (Dowex-1x8) to Annular chromatography.
PENDAHULUAN
irkonium adalah logam putih keabu-abuan yang dalam sistem periodik unsur terdapat dalam golongan IVB dengan nomor atom 40 dan berat atom 91,22. Zirkonium merupakan bahan yang baik untuk dimanfaatkan dalam industri nuklir maupun industri non nuklir. Dalam industri nuklir, zirkonium adalah bahan yang strategis karena mempunyai tampang lintang absorpsi netron rendah. Zirkonium dipilih karena ketahanan fisis dan kimianya yang tinggi, sehingnga berpotensi untuk menggantikan fungsi unsur silikon dalam SiC dari partikel terlapis (coating particle) untuk bahan bakar reaktor gas suhu tinggi (RGST). Sedangkan dalam industri non nuklir, zirkonium digunakan untuk proses pembuatan konduktor listrik aluminium tahan panas, sebagai bahan campuran logam dalam baja, filamen bola lampu pijar.
Zirkonium memiliki konfigurasi elektron adalah 5s2 4d2 dan untuk Hf 6s2 4f14 5d2 oleh karena itu keduanya mempunyai sifat kimia yang sama. Hal ini dikarenakan mempunyai kulit elektron terluar yang sama. Kedua unsur tersebut selalu berada bersama-sama, sehingga menyebabkan keduanya sulit untuk dipisahkan. Namun zirkonium dan hafnium mempunyai sifat fisis yang berbeda yaitu pada tampang lintang inti. Tampang lintang Zr adalah 0,18 barn sedangkan tampang lintang Hf 600 kali dari Zr dalam mengabsorbsi neutron termal. Di dalam teknologi nuklir, digunakan Zr yang mengandung Hf sekecil mungkin yaitu <100 ppm untuk menghindari absorbsi neutron termal Hf yang tinggi, sehingga Zr harus dipisahkan dari Hf. Telah banyak metode pemisahan Zr-Hf untuk menghasilkan Zr nuclear
grade diantaranya: solvent extraction,
ion-exchange, kromatografi dan lain-lain. (1,2).
Metode pemisahan dengan kromatografi anular merupakan metode pemisahan secara kontinyu dengan skema alat seperti ditunjukkan pada gambar 1.
Gambar1. Skema alat kromatografi anular (1,2).
Kromatografi anular atau disebut
Continous Annular Chromatography (CAC) adalah
pemisahan molekul berdasarkan pada perbedaan afinitas kearah adsorben yang dipengaruhi oleh eluat, kecepatan alir umpan, kecepatan putar dan faktor retensi sehingga komponen dapat ditampung dan dimurnikan pada posisi yang berbeda pada hasil keluaran kolom. Mekanisme terjadinya pemisahan karena komponen yang dipisahkan (solut) akan bergerak melalui fasa diam bersama fasa gerak (eluen) dengan kecepatan yang yang berbeda karena adanya siklus proses adsorpsi dan desorpsi yang berulang-ulang. Adsorpsi pada alat penukar ion, ion bermuatan positif (kation) atau ion bermuatan negative (anion) pada suatu larutan (fasa gerak) akan menggantikan ion dengan muatan sama yang terikat pada permukaan padatan penukar ion. Umpan yang mengandung senyawa-senyawa yang akan dipisahkan dialirkan melalui suatu titik tetap dari bagian inlet yang berada di atas anulus yang berputar dengan suatu kecepatan putaran tertentu. Sementara eluen (fasa gerak) dialirkan melalui bagian lain annulus pada titik yang tetap. Di dalam annulus pita dispersi konsentrasi senyawa akan terbentuk pada arah aksial dan arah sudut dari annulus akibat dari pergerakan cairan karena putaran maupun aliran arah aksial karena gravitasi serta akibat perbedaan afinitas senyawa-senyawa pada fasa resin. Pada bagian outlet di bagian dasar kromatografi anular pada sudut dan lokasi tertentu akan diperoleh hasil pemisahan berupa komponen senyawa yang lebih murni.
Tujuan penelitian ini adalah mempelajari pengaruh pola adsorpsi-desorpsi anion Zr(SO4)3-2 pada resin penukar ion (Dowex-1X8) terhadap waktu tinggal dan kecepatan putar kromatografi anular. Tujuan jangka panjang adalah untuk pemisahan anion Zr/Hf(SO4)3-2 pada resin penukar ion (Dowrx-1X8) pada kromatografi anular. Zirkonium(Zr) yang teradsorpsi-desorpsi pada kromatografi anular juga dipengaruhi oleh eluat, kecepatan alir umpan dan kecepatan putar. Umpan diperoleh dari pengendapan ZrOCl2 dengan H2SO4 6M disertai pemanasaan(3) sehingga diperoleh [Zr(SO4)2].H2O. Digunakan umpan Zr/Hf(SO4)3-2 yang diperoleh dari pelarutan [Zr(SO4)2].H2O dalam H2SO4 2M. Zirkonium dapat diadsorpsi oleh resin penukar anion bila terbentuk komplek Zr-anion sebagai [Zr(SO4)3] -3 atau [Zr(SO4) 4]-2 dengan reaksi sbb:
2R-CH2N+(CH3)3OH- + Zr/SO4)3-2
[R-H2N+(CH3)3]2Zr/SO4)3-2 + 2OH- (1) Reaksi pembentukan komplek anion dari
berbagai ion logam adalah reaksi bolak-balik.
Z
Konstanta kestabilan reaksi zirkonium dengan H2SO4 bergantung keasamannya, apakah ion Zr dalam suasana H2SO4 sebagian besar akan berbentuk sebagai komplek anion, netral atau kation pada reaksi (2),(3) dan (4) bergantung dari 2 hal :
Besarnya konsentrasi H2SO4 pada kesetimbangan. Kestabilan dari komplek anion Zr(SO4)3-2.
Zr+4 + HSO4 Zr(SO4)+2+ H+ K1 = 4,6x102 (2) Zr(SO4) +2 + HSO4 Zr(SO4)2 + H+ K2 =53 (3) Zr(SO4)2 + HSO4 Zr(SO4)3-2 + H+ K3 = 1 (4) Komplek yang stabil adalah komplek yang sedikit kecenderungannya untuk mengurai kembali menjadi ion-ionnya. Apabila konsentrasi H2SO4 rendah maka letak kesetimbangan reaksi (4) ada disebelah kiri, jadi bagian terbesar Zr berupa Zr(SO4)2 yang tidak bermuatan atau netral. Zirkonium yang tidak ditahan oleh resin penukar anion dan lolos (keluar dari kolom dengan kata lain adalah desorpsi). Sebalilknya, apabila konsentrasi H2SO4 rendah, kesetimbangan pada reaksi (4) menggeser ke kanan dan bagian terbesar ion Zr berbentuk komplek anion Zr(SO4)3-2 yang bermuatan negatif sehingga akan ditahan oleh resin penukar anion atau adsorpsi. Dari petent (4), komplek anion Zr-sulfat terbentuk pada keasaman kurang lebih 2M H2SO4 sehingga digunakan umpan pada keasaman 2M. Zirkonium dapat diadsorsi oleh resin penukar anion bila terbentuk komplek Zr-anion sebagai [Zr(SO4)3] -3 dan [Zr(SO4) 4]-2. Proses desorpsi terjadi bila zirconium bermuatan netral atau positif yaitu Zr(SO4)2, Zr(SO4) +2, Zr+4 atau ZrO(SO4).
Dalam penelitian ini digunakan kolom kromatografi anular tinggi = 11 cm, diameter dalam = 7,5 cm, diameter luar = 8,5 cm, fasa diam resin DOWEX-1X8 berbentuk klorida, tinggi resin = 9 cm, umpan berkadar 88,5 g Zr /L dalam suasana H2SO4 2M. Dipelajari pengaruh waktu tinggal dan kecepatan putar (40-100 rpm) terhadap adsorpsi-desorpsi Zr. Digunakan kromatografi anular yang terdiri dari 3 bagian yaitu bagian atas tengah dan bawah. Dibagian atas ada 1 tempat penampung umpan dengan 1 jarum suntik untuk mengalirkan umpan ke tabung annulus pada titik yang tetap. Dibagian tengah, tabung annulus berisi resin penukar anion DOWEX-1X8 yang berputar. Di bagian bawah ada 12 penampung fraksi, dengan menganalisis konsentrasi Zr di setiap fraksi dan membuat grafik konsentrasi Zr lawan nomor fraksi akan menunjukkan adsorpsi-desorpsi Zr pada
waktu tinggal dan kecepatan putar yang berbeda-beda.
TATA KERJA
Bahan
Bahan yang digunakan adalah: Resin Penukar anion Dowex1-X8 dalam bentuk Cl- 100-200 Mesh, H2SO4 pekat 97%, H2SO4 1,2, 3 dan 4 M, ZrOCl2.8H2O semua bahan kimi dari MERCK dan Zr(SO4)2].H2O dari hasil proses.
Alat
Alat yang digunakan adalah stopwatch, gelas beker, neraca analitik, pipet gondok, pipet volume, mikro pipet, labu ukur, kaca arloji, pengaduk, milar, botol sampel, oven, XRF, seperangkat kromatografi anular sebagaimana ditunjukkan Gambar 2.
Cara Kerja
Penyiapan umpan proses
adsorpsi-desorpsi
Larutan umpan dibuat dengan urutan : diitimbang berat tertentu endapan Zr(SO4)2 H2O (hasil proses) dilarutkan dalam H2SO4 2M sambil diaduk dan dipanasi hingga larut semua. Larutan disaring agar padatan yang tidak larut dapat tertinggal di kertas saring. Sebanyak 5 ml larutan dianalisi kadar zirkoniumnya dengan XRF.
Persiapan alat kromatografi anular
Alat kromatografi Annular diinstal seperti Gambar 2, yang pada prinsipnya terdiri 3 bagian utama yaitu atas, tengah dan bawah. Dibagian atas terdiri dari 2 bagian yaitu satu penampung umpan dan satu penampung elusi. Penampung umpan dialirkan kedalam tabung anular dengan satu jarum suntik pada posisi tetap sedang penampung elusi dialirkan ke tabung anular dengan 7 jarum suntik. Dibagian tengah adalah tabung anular yang berisi resin Dowex-1-X8 yang berputar. Dibagian bawah terdapat 12 jarum suntik yang berputar dan dibawahnya terdapat 12 kotak tempat fraksi penampung yang diam. Dibagian atas, jarum tetes umpan dan elusi diatur kecepatan tetesnya dan disinkrunkan pada kecepatan tetes dibagian bawah penampung elusi sehingga diperoleh tetesan masuk dan keluar adalah tetap dengan mengamati tinggi cairan yang ada didalam resin adalah tetap. Kromatografi anular dikalibrasi kecepatannya pada 25-100 rpm dengan menggunakan tacometer.
Gambar 2. Kromatografi Anular
Penyiapan resin DOWEX- X8
Persiapan resin Dowex -1X-8 dilakukan dengan menimbang sebanyak 100 g resin tersebut, dikeringkan dalam oven suhu kurang lebih 90 oC untuk membuka pori-pori resin dan menghilangkan air yang menempel diantara resin kemudian disimpan di eksikator. Kemudian resin dibasahi dengan air dan dimasukkan dalam tabung kromatografi anular sambil sekali-kali diputar agar tidak ada udara yang terjebak.
Persiapan larutan elusi
Larutan elusi dibuat dengan urutan sbb: larutan 1,2,3 dan 4 M H2SO4 dibuat dengan cara mengencerkan dari H2SO4 pekat menjadi masing-masing 1 L. Larutan tersebut dimasukkan kedalam penampung elusi di bagian atas kromatografi anular. Tabung penampung disalurkan dengan selang kedalam kolom anular dan mengalir bertetes-tetes sesuai dengan besar kecilnya jarum suntik yang digunakan.
Proses adsorpsi-desorpsi Zr oleh resin
penukar anion
Proses adsorpsi-desoprsi Zr oleh resin penukar ion diawali dengan memasukkan larutan umpan sebanyak 10 ml ke dalam tabung pengumpan. Laruran elusi sebanyak 250 ml (1 dan 2 M) dimasukkan dalam tabung elusi. Setelah itu kecepatan umpan dan elusi diatur sedemikian rupa sehingga hasil tetesan fraksi di bagian bawah kurang lebih 5 ml dalam waktu 1jam. Kemudian kromatografi anular diputar pada kecepatan 25 rpm. Hasil fraksi diambil dan dimasukkan dalam wadah sample selanjutnya dianalisis kadar zirkoniumnya.
Pekerjaan ini dilakukan untuk dipelajari waktu tinggal dan variasi elusi (1, dan 2,M) untuk adsorpsi. Sedang untuk desorpsi, digunakan 3 dan 4 M H2SO4. Pekerjaan ini dilakukan pada kecepatan putar 25-100 rpm).
Analisis zirkonium dengan XRF
Larutan standar zirconium 2,4,6,8 dan 10 g Zr/L dibuat dengan cara memipetkan sebanyak volume tertentu dari larutan induk 10 g Zr masing masing dimasukkan dalam wadah sample dan diencerkan sampai volume 5 ml kemudian ditutup dengan milar. Wadah sample yang berisi 5 ml standar tersebut ditempatkan di atas pengeksitasi radioisotop. Area Zr serta Compton pada nomor salur tertentu yang ditampilkan dalam layer MCA dicatat. Larutan hasil fraksi dipipetkan sebanyak 5ml dilakukan dengan cara yang sama seperti larutan standar. Dihitung perbandingan COMTON /area dan dibuat grafik standar linieritas serta dihitung kandungan zirconium dalam masing-masing fraksi.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Adsorpsi Zr dengan variable waktu
tinggal (1,2 dan 3 jam) pada kecepatan
putar 40 rpm
Kromatografi anular dapat di lihat di Gambar 2 di atas. Pada bagian atas terdapat 1 tempat penampung umpan berisi anion Zr(SO4)3-2 dan satu tempat penampung elusi berisi H2SO4. Tempat penampung umpan dihubungkan dengan selang dan jarum suntik untuk meneteskan umpan ke dalam tabung anulus pada posisi tetap.
Penampung elusi dihubungkan dengan satu selang dengan 7 jarum suntik yang simetris dengan tabung annulus untuk meneteskan larutan elusi. Kedelapan jarum suntik adalah diam sedang tabung annulus adalah berputar. Di bagian bawah annulus terdapat 12 tempat penampung fraksi sehingga dimasing-masing fraksi dapat dianalisis kansentrasi Zr yang teradsorpsi atau terdesorpsi.
Digunakan umpan Zr(SO4)3-2 berkadar 88,5 g Zr/L sebanyak 10 ml dengan keasaman 2M. Dilakukan elusi dengan H2SO4 1M sebanyak 250 ml 2 kali kemudian elusi dengan 2M H2SO4 sebanyak 125 ml sekali dengan waktu tinggal masing-masing 1,2 dan 3 jam. Semua variabel tersebut dilakukan pada kecepatan putar 40 rpm, diperoleh grafik yang ditunjukkan pada Gambar.3.
Gambar 3. Kadar Zr yang teradsorpsi terhadap nomor fraksi pada waktu tinggal 1,2 dan 3 jam.
Secara teori(4,5) adsorpsi terjadi jika digunakan umpan anion Zr(SO4)3-2 dalam suasana asam H2SO4 1-2M. Namun demikian dalam kromatografi anular, umpan dan elusi masuk bersama-sama sehingga dimungkinkan terjadi pengenceran umpan. Di dalam anulus umpan akan teradsorpsi namun dimungkinkan juga mengalami desorpsi (terelusi) dengan H2SO4 1-2M Artinya, umpan anion Zr(SO4)3-2 di dalam anulus yang tidak sempat teradsorpsi akan keluar bersama elusi. Secara ideal jika umpan berbentuk anion Zr(SO4)3-2 maka umpan tersebut akan teradsorpsi semua dan tidak akan keluar oleh eluen H2SO4 2M. Pada Gambar 3 pada jam ke 1,2 dan 3, semakin lama waktu tinggal umpan anion Zr(SO4)3-2 berada di dalam resin semakin banyak anion Zr(SO4)3-2 yang keluar dari resin (terdesorpsi). Anion Zr(SO4)3-2 yang tidak sempat teradsorpsi akan keluar bersama elusi, hal ini mungkin dikarenakan tidak semua umpan 100% berbentuk anion Zr(SO4)3-2 sehingga semakin lama semakin banyak zirconium-sulfat yang tidak bermuatan negatif yaitu yang bermuatan netral atau positif dan terdesorpsi atau keluar. Selain itu, mungkin terjadi pergeseran reaksi kekiri seperti reaksi (3,4) sehingga zirconium menjadi bermuatan netral atau positif dan terelusi oleh H2SO4 2M.
Desorpsi Zr pada kecepatan putar 40
rpm
Proses desorpsi Zr digunakan umpan : Zr(SO4)3-2 berkadar 88,5 g Zr/L, volume : 10 ml, keasaman :2 M. dielusi dengan H2SO4 3M, 3M dan 4M, volume elusi 250 ml (2 kali dan 125 sekali), kecepatan putar 40 rpm.
Pola desorpsi Zr dapat dilihat pada Gambar 4, secara teori (5,6,7,8) desorpsi terjadi jika digunakan elusi H2SO4 (3-4)M. Mekanisme terjadinya desorpsi yaitu jika anion Zr(SO4)3-2 yang tertempel di resin penukar anion kemudian dielusi dengan H2SO4 (3-4) M maka kesetimbangan akan bergeset kearah kiri dengan terbentuknya Zr(SO4)2, Zr(SO4)+2, Zr+4 atau ZrO(SO4). Dalam sistim kromatografi anular, umpan dan elusi menetes bersama-sama sehingga dengan elusi 3-4M H2SO4 maka anion Zr(SO4)3-2 yang sudah teradsorpsi di resin akan keluar sebagai akibat dari kesetimbangan kearah kiri menjadi tidak bermuatan atau netral. Semakin lama waktu elusi semakin banyak konsentrasi Zr yang dapat terambil (terdesorpsi) dengan ditunjukkan oleh grafik konsentrasi terhadap nomor fraksi yang menunjukkan bahwa konsentrasi Zr di desorpsi ke 3 adalah paling rendah. Dimungkinkan bahwa semakin lama digunakan eluen H2SO4 3-4 M maka Zr akan terelusi (terdesorpsi) semua.
Gambar 4. Kadar Zr yang terdesorpsi terhadap nomor fraksi pada kecepatan putar 40 rpm.
Adsorpsi Zr pada kecepatan putar 40,
75 dan 100 rpm.
Pada proses adsorpsi Zr digunakan umpan : Zr(SO4)3-2 berkadar 88,5 g Zr/L, volume : 10 ml keasaman : 2M. dielusi dengan H2SO4 1M, volume elusi 250 ml (2 kali dan 125 sekali); waktu tinggal 3jam, kecepatan putar 40-100 rpm.
Pada Gambar. 2 kromatografi anular di atas, di bagian bawah ada 12 jarum keluaran, artinya setiap nomor keluaran penampung fraksi = 360 o//12 = 30 derajat. Pada nomor keluaran 1 ditetapkan konsentris dengan umpan sehingga perhitungan sudut nol derajat dimulai dari nomor satu tersebut. Kecepatan putar 40 rpm artinya ada 40 putaran dalam setiap menit atau ada 40/60 =
0,66 putaran/detik. Pada kecepatan putar 40 rpm tetesan hasil fraksi dapat terlihat jelas dan menunjukkan bahwa untuk setiap jarum menetes pada tempat fraksi yang tetap. Jadi untuk jarum yang sama akan menetes pada tempat yang sama berulang-ulang untuk setiap periode 0,66 putaran/detik atau 1 putaran membutuhkan waktu 1/66 detik. Digunakan variasi kecepatan putar 40,75 dan 100 rpm, adsorpsi Zr dengan waktu tinggal 1 jam, elusi 1M H2SO4 diperoleh Gambar. 5. Dari gambar tersebut terlihat bahwa pola konsentrasi adsorpsi Zr terhadap nomor fraksi adalah naik turun. Naik turunnya adsorpsi tersebut untuk masing-masing kecepatan putar berbeda-beda. Diperoleh hasil konsentrasi Zr pada berbagai kecepatan putar ada di tabel 1.
Gambar 5. Kadar Zr yang teradsorpsi terhadap nomor fraksi pada kecepatan putar 40-100 rpm.
Tabel 1. Variasi kecepatan putar terhadap nomor fraksi desorpsi/adsorpsi Kecepatan
putar (rpm) Putaran/detik
Detik/putaran No. fraksi pada puncak konsentrasi Zr yg tertinggi
(g/L)= Desorpsi Zr
No. fraksi pada puncak konsentrasi Zr yg terendah (g/L)=
Adsorpsi Zr
40 0,67 1,5 6 2
75 1,25 0,8 9 5
100 1,67 0,6 6 11
Dari Tabel 1. pada kecepatan putar 40 rpm, jarum berputar selama 1,5 detik melintasi 12 fraksi sambil meneteskan hasil desorpsi Zr pada nomor fraksi yang sama (tetap), jadi pada setiap fraksi seharusnya menampung sebanyak volume yang sama pada periode waktu tertentu. Pada kenyataannya, kecepatan putar 40 rpm, dapat diamatai tetesan-demi tetesan jarum yang masuk di setiap fraksi. Pada kecepatan yang lebih tinggi yaitu 75 dan 100 rpm tetesan yang masuk ke dalam fraksi sudah tidak dapat diamati karena sudah terlalu cepat.
Tetesan fraksi dari jarum bergantung pada gaya grafitasi dan kecepatan putar, oleh karena itu tinggi cairan dalam resin dijaga tetap agar mempunyai tekanan tetap. Tinggi cairan dalam resin dijaga kurang lebih 1 cm diatas permukaan resin. Dengan demikian, diharapkan adsorpsi Zr dalam resin dapat merata dan dapat terdesorpsi dan dapat tertampung di masing-masing fraksi pada posisi yang berbeda dan berulang-ulang pada posisi yang tetap. Tetesan yang ada dalam masing-masing fraksi adalah cairan yang terelusi oleh H2SO4 1-2M.
Data tabel. 1. pada kecepatan putar 40 rpm diperoleh puncak konsentrasi terendah adalah nomor 2 dan tertinggi adalah 6. Artinya, nomor fraksi 2 adalah konsentrasi Zr yang teradsorpsi tertinggi karena pada nomor 2 tersebut terjadi penumpukan konsentrasi Zr. Artinya, pada posisi tersebut konsentrasi Zr adalah terendah karena yang dianalisis adalah yang terelusi (terdesorpsi) bukan yang teradsorpsi di resin. Nomor fraksi 6 adalah konsentrasi Zr tertinggi, sehingga
konsentrasi tersebut menunjukkan konsentrasi Zr yang terdesorpsi.
Pada kecepatan putar 75 dan 100 rpm puncak konsentrasi Zr terrendah (terdesorpsi) yaitu pada nomor fraksi 5 dan 11. Dari data tersebut dimungkinkan bahwa semakin tinggi kecepatan putar puncak konsentrasi Zr yang terendah (terdesorpsi) semakin bergeser ke arah kanan karena anulus berputar kearah kanan. Artinya, konsentrasi Zr teradsorpsi berjalan kearah kanan dan semakin kekanan semakin banyak dan mencapai puncak tertentu yaitu di nomor 11 atau sudut 3300. Jalannya adsorpsi anion Zr(SO4)3-2 kearah kanan tersebut dapat diterangkan oleh Gambar 2 kromatografi anular dengan lintasan garis kearah kanan karena annulus berputar kearah kanan.
Pada kecepatan putar yang lebih tinggi dimungkinkan akan terjadi lintasan adsorpsi yang lebih kearah kanan artinya kembali ke fraksi nomor 1. Lintasan adsorpsi bercampur dengan lintasan sebelumnya sehingga adsorpsi kurang efektif oleh karena itu perlu kondisi kecepatan putar optimum.
KESIMPULAN
Semakin lama waktu tinggal umpan anion Zr(SO4)3-2 berada di dalam resin penukar anion semakin banyak anion Zr(SO4)3-2 yang keluar dari resin (terdesorpsi). Hal ini mungkin dikarenakan: tidak semua umpan 100 % berbentuk anion Zr(SO4)3-2 sehingga semakin lama semakin banyak Zr(SO4)3-2 yang tidak bermuatan negatif yaitu yang bermuatan netral atau positif dan terdesorpsi atau
keluar. Dalam sistem kromatografi anular, umpan dan elusi menetes bersama-sama sehingga dengan elusi 3-4M H2SO4 maka anion Zr(SO4)3-2 yang sudah teradsorpsi di resin akan keluar sebagai akibat dari kesetimbangan kearah kiri menjadi tidak bermuatan atau netral. Semakin lama waktu elusi semakin banyak konsentrasi Zr yang dapat terambil (terdesorpsi) dan dimungkinkan bahwa semakin lama digunakan eluen H2SO4 3-4 M maka Zr akan terelusi (terdesorpsi) semua. Adsorpsi anion Zr(SO4)3-2 dapat ditunjukkan dari gambar konsentrasi Zr (g/L) terhadap nomor fraksi. Pada kecepatan putar 40-100 rpm konsentrasi Zr terendah yaitu terjadinya adsorpsi Zr tertinggi yaitu pada nomor fraksi yaitu 2, 5 dan 11. Dan sebaliknya pada nomor 6,9 dan 9 konsentrasi Zr tertinggi menunjukkan adanya desorpsi Zr. Semakin tinggi kecepatan putar yang lebih tinggi (>100rpm) dipierkirakan terjadi pencampuran adsorpsi sehingga adsorpsi Zr kurang efektif.
UCAPAN TERIMAKASIH
Dengan terselesainya penelitian ini kami ucapkan terimakasih kepada Kurniawati mahasiswi UIN-Yogyakarta yang telah dengan rajin membantu membuat umpan Zr-sulfat dan Vivi Sulistyawati mahasiswi UNY yang telah dengan tekun membantu mengerjakan penelitian ini sampai selesai. Tak lupa juga kami ucapkan kepada bapak Mulyono yang telah membantu dalam bidang analisis dengan XRF dan teman-teman proses yang tidak dapat kami sebutkan satu-persatu yang telah membantu mempersiapkan bahan bakunya.
DAFTAR PUSTAKA
1. HURST FRED J., “ Separation of Hafnium From zirconium in Sulfuric Acid Solution Using Pressurized Ion Exchange”, ORNL laboratory, Tennessee 37830, 1980.
2. US Patent 5762890., ” Zirconium And Hafnium Separation In Chlorode Solutions Using Continuous Ion Exchange Chromatography”.
3. LATIFA KHOIRUN NISSA., “ Pembuatan spesies Zr-Hf sulfat Sebagai umpan Pada Penukar Anion”, Skripsi Sekolah Tinggi Teknik Nuklir yogyakarta 2011.
4. BYERS, CHARLES H. et al.,” Zirconium And Hafnium Separation In Sulfate Solutions Using Continuous Ion Exchange Chromatography”, United States Patent 5618502 Publication Date:04/08/1997.
5. BEGOVICH JONHN M.,” Continuous Ion Exchange Separation of Zirconium and Hafnium “, ORNLTennessee, 1981.
6. SOLOVKIN.A.S. and TAVETKOVA.S.V., “The Chemistry Of Aqueous Solutions Of Zirconium salt (Does The zirconyl Ion Exist)”, Russian Chemical reviews 31 655, 1962.
7. ANONIM., “ Zirconium sulfate chemistry’’ 1988.
8. VINAROV I.V., ” Modern Methods Of separation Zirconium and Hafnium”, Russian Chemical reviews 36 522,1967.
9. SEWELL P.A AND CLARKE.,ll P.A. “
Chromatographic Separation”, John Willey
and Sons, New York, 1987.
10. ISMONO., “ Diktat Kuliah Kromatografi Penukar Ion”, ITB-Bandung, 1989.
TANYAJAWAB
Sahat Simbolon (PTAPB)
− Zr(SO4)32- adalah anion, tentu bermuatan negatif, sehingga masih punya sifat adsorbsi. Sifat adsorbsi adalah akibat gaya van der walls bukan karena muatan. Kalau muatan akan menarik karena muatan?
Endang Susiantini
• Dengan sistem penukar ion resin penukar
anion ditukar oleh anion sehingga akan didorong keluar sesuai reaksi.
2R-CH2N+(CH3)3OH- + Zr/SO4)3-2
