ION EXCHANGE

Di susun Oleh :

Mamah Mahfudoh

Mas Gunawan Hariyanto

JURUSAN TEKNIK KIMIA UNIVERSITAS SULTAN AGENG TIRTAYASA

2013

1. Pengertian ion exchange dan prosesnya

Pertukaran ion pada konsepnya ialah ion-ion yang ditahan oleh

gaya elektrostatis pada permukaan padatan digantikan oleh ion-ion

bermuatan sama yang berada pada larutan. Bahan penukar ion harus

mempunyai ion aktif di seluruh strukurnya, berkapasitas besar selektif

untuk jenis ion tertentu, mampu diregenerasi, stabil secara kimiawi / fisis

serta mempunyai kelarutan rendah

Metode pertukaran ion adalah suatu reaksi (pertukaran) reversible

ion-ion pada padatan (material / media penukar ion) dengan yang ada pada

larutan, tetapi tidak terdapat perubahan substansial dalam struktur dari

padatan tersebut. Secara sederhana metode pertukaran ion dapat diartikan

sebagai metode untuk menghilangkan ion-ion yang tidak dikehendaki.

Prinsip kerja Ion Exchange :

Secara prinsip ion exchange bekerja dengan menukar ion yang

ada di air dengan ion tertentu. Ilustrasi sederhananya seperti saat kita

bawa uang ke dealer mobil untuk membeli sebuah mobil baru. Uang

itu kita serahkan ke dealernya dan sebagai imbalannya kita boleh

membawa mobil baru, sederhananya seperti itu. Ada dua jenis resin yang

dipergunakan yaitu resin Kation dan resin Anion. Resin Kation akan menukar

semua ion positif di air (misalnya Natrium, Kalsium, Magnesium,

Strontium) dengan ion Hidrogen. Sedangkan resin Anion akan menukar

semua ion negatif di air (Klorida, Sulfat, Nitrat) dengan ion OH. Ion

Hidrogen (H) bertemu dengan ion OH akan menghasilkan air murni (H2O).

Berikut kami tampilkan reaksi kimia pada resin Anion dan Kation :

Reaksi resin Kation

H+R- + HCl Na+R- + HCl

2 H+R- + MgSO4 Mg2+R2- + H2O4

H+R- = resin kation

Reaksi resin Anion

R+OH- + HCl

R+Cl- +

H2O R+OH- +

SiO2

R+HsiO3-

R+OH- = resin anion

Setelah digunakan beberapa waktu, resin kation dan anion akan

kehabisan kemampuan menukarnya. Pada saat itulah dilakukan

regenerasi. Untuk resin Kation regenerasi dilakukan menggunakan asam

sulfat atau asam klorida, dan resin Anion menggunakan sodium

hidroksida. Setelah regenerasi maka proses penukaran ion siap dilakukan

kembali. Jangka waktu antara pasca regenerasi sampai proses regenerasi

kembali disebut sebagai jam operasi. Sebuah sistem Ion Exhanger yang

memiliki jam operasi selama 24 jam misalnya, dapat beroperasi penuh

selama 24 jam sebelum akhirnya mengalami kejenuhan dan harus

diregenerasi. Untuk mendapatkan jam operasi yang lebih panjang, akan

dibutuhkan jumlah resin yang jauh lebih banyak lagi. Dan untuk jumlah

resin yang sama, jam operasi Ion Exchanger akan sangat

dipengaruhi TDS (total dissolved solid) - total ion/ kadar garam- dari air

baku. Jika sebuah sistem Ion Exchange mampu beroperasi selama 24 jam

untuk TDS 150 ppm, maka apabila TDS naik menjadi 300 ppm jam

operasi akan turun menjadi sekitar 12 jam.

Salah satu efek negatif dari Ion Exchange adalah proses

regenerasinya yang menggunakan asam dan basa kuat. Proses regenerasi

ini jika tidak ditangani dengan baik akan menimbulkan pencemaran

lingkungan. Seharusnya sebelum limbah regenerasi ini dibuang ke

lingkungan, dilakukan proses penetralan pH dulu. Tetapi pada

faktanya, masih banyak yang langsung membuang begitu saja

limbah regenerasi ke lingkungan.

2. Regenerasi resin

Regenerasi adalah suatu peremajaan, penginfeksian dengan kekuatan baru

terhadap resin penukar ion yang telah habis saat kerjanya atau telah terbebani,

telah jenuh. Regenerasi penukaran ion dapat dilakukan dengan mudah karena

pertukaran ion merupakan suatu proses yang reversibel yang perlu diusahakan

hanyalah agar pada regenerasi berlangsung reaksi dalam arah yang berlawanan

dari pertukaran ion.

Pada umumnya senyawa yang digunakan untuk kerangka dasar resin penukar ion

asam kuat dan basa kuat adalah senyawa polimer stiren divinilbenzena. Ikatan

kimia pada polimer ini amat kuat sehingga tidak mudah larut dalam keasaman dan

sifat basa yang tinggi dan tetap stabil pada suhu diatas 150oC.

Polimer ini dibuat dengan mereaksikan stiren dengan divinilbenzena,

setelah terbentuk kerangka resin penukar ion maka akan digunakan untuk

menempelnya gugus ion yang akan dipertukarkan. Resin penukar kation dibuat

dengan cara mereaksikan senyawa dasar tersebut dengan gugus ion yang dapat

menghasilkan (melepaskan) ion positif. Gugus ion yang biasa dipakai pada resin

penukar kation asam kuat adalah gugus sulfonat dan cara pembuatannya dengan

sulfonasi polimer polistyren divinilbenzena (matrik resin). Resin penukar ion yang

direaksikan dengan gugus ion yang dapat melepaskan ion negatif diperoleh resin

penukar anion. Resin penukar anion dibuat dengan matrik yang sama dengan resin

penukar kation tetapi gugus ion yang dimasukkan harus bisa melepas ion negatif,

misalnya –N (CH3)3+ atau gugus lain atau dengan kata lain setelah terbentuk

kopolimer stiren divinilbenzena (DVB), maka diaminasi kemudian

diklorometilasikan untuk memperoleh resin penukar anion.

Material penukar ion yang utama berbentuk butiran atau granular dengan

struktur dari molekul yang panjang (hasil co-polimerisasi), dengan memasukkan

gugus fungsional dari asam sulfonat, ion karboksil. Senyawa ini akan bergabung

dengan ion pasangan seperti Na+, OH− atau H+. Senyawa ini merupakan struktur

yang porous. Senyawa ini merupakan penukar ion positif (kationik) untuk

menukar ion dengan muatan elektrolit yang sama (positif) demikian sebaliknya

penukar ion negatif (anionik) untuk menukar anion yang terdapat di dalam air

yang diproses di dalam unit “Ion Exchanger”.

3. Aplikasi diindustri

a. Ion exchange sebagai sebagai water softening

Aplikasi ion exchange sebagai water softening merupakan fungsi

umum dan digunakan sangat luas di industri yang memerlukan soft water

untuk proses dan bahan baku boiler. Ion exchange sebagai water softening

ini bertujuan untuk mengurangi konsentrasi kesadahan pada air misalnya

Ca dan Mg.

Air baku yang mengandung kalsium (Ca) dan magnesium (Mg)

harus diturunkan konsenrasinya dengan cara menggantinya dengan muatan

ion sodium yang terdapat pada resin. Softwater digunakan untuk boiler

feed water guna mencegah terjadinya endapan (scaling) pada saluran air

baik pada sistem boiler maupun pada sistem pendingin.

b. Ion exchange sebagai media purifikasi

Dalam hal penggunaan media ion exchange sebagai purifier yaitu

untuk mangangkat atau manghilang bahan-bahan yang tidak dikehendaki

yaitu beracun yang dibawa oleh fliuda tertentu misalnya menambil ion-ion

logam seperti cadmium, lead dan copper dan menggantikan dengan ion-

ion garam sodium dan potasium. Ada jenis resin ion exchange lain yang

dapat menyaring kontaminan organik air bahan baku dengan

menambahkan karbon aktif pada kolom ion exchange tersebut. Pemilihan

jenis resin akan menentukan fungsi ion exchange pada pabrik yang

menggunakannya sebagai water softening sebagai media filtrasi logam

berat fluida tertentu maupun sebagai penyaring mineral pada air baku.