Kolom Penukar Ion

Kesadahan air

Kesadahan air adalah kandungan ion-ion logam (seperti Ca2+ dan Mg2+) di

dalam air. Kesadahan air dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu kesadahan tetap dan

kesadahan sementara.

Kesadahan tetap adlah air yang memiliki kandungan ion-ion seperti Cl-, NO3-,

dan SO42-. Contoh kesadahan tetap seperti : CaCl2, MgCl2, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2,

CaSO4, dan MgSO4. Kesadahan tetap tidak dapat dihilangkan dengan cara

memanaskan air yang mengandung kesadahan jenis ini. Kesadahan tetap dapat

dihilangkan dengan menggunakan resin.

Kesadahan sementara adalah air yang memiliki kandungan ion-ion bikarbonat

((HCO3)2). Contoh kesadahan sementara seperti : Ca(HCO3)2 dan Mg(HCO3)2.

Kesadahan sementara dapat dihilangkan dengan cara memanaskan air yang

mengandung kesadahan jenis ini.

Referensi : http://id.wikipedia.org/wiki/Kesadahan_air

Prinsip resin penukar ion

Prinsip resin penukar ion adalah mempertukarkan ion-ion logam (seperti Ca2+

dan Mg2+) yang terdapat di dalam fasa cair dengan kation di dalam fasa padat melalui

proses adsorpsi.

Mekanisme pertukaran ion yang terjadi adalah, pertama-tama ion-ion logam

(seperti Ca2+ dan Mg2+) masuk ke lapisan film resin, lalu ion-ion logam tersebut akan

berdifusi masuk ke dalam pori-pori resin. Di dalam resin, terjadi pertukaran ion antara

ion-ion logam tersebut dengan kation yang terdapat di dalam resin. Resin akan

mengikat ion-ion logam tersebut dan kation pada resin akan lepas dan berdifusi keluar

dari resin tersebut.

Referensi : http://blog.its.ac.id/masduqi/files/2010/02/pengolahan-fisik-kimia.pdf

Struktur resin penukar ion

Resin penukar ion memiliki struktur molekul yang terdiri dari gugus

fungsional dan matriks resin yang sukar larut dalam air. Resin dapat dibagi menjadi

beberapa jenis menurut gugus fungsionalnya yaitu resin penukar kation asam kuat,

resin penukar kation asam lemah, resin penukar anion basa kuat, dan resin penukar

anion basa lemah. Masing-masing resin ini memiliki gugus fungsional yang berbeda,

demikian pula dengan matriks resinnya.

Matriks resin yang umumnya dipakai adalah styrene yang dihubungsilangkan

(cross linking) dengan divinylbenzene. Hal ini menyebabkan kelarutan resin menjadi

semakin kecil sehingga resin tidak dapat larut dalam air.

Cross linking antara styrene dan divinylbenzene

Resin penukar kation asam kuat memiliki struktur molekul yang terdiri dari

matriks resin styrene divinylbenzene dengan gugus fungsional berupa gugus sulfonic

atau –SO3H. Gugus sulfonic dihasilkan dengan asam sulfat pekat pada temperatur

tinggi yang disebut reaksi sulfonasi. Gugus sulfonic pada proses ini merupakan gugus

sulfonic H. Untuk mendapatkan gugus Na yang digunakan untuk pelunakan air sadah,

perlu ditambahkan reaksi dengan natrium karbonat sehingga terbentuk gugus sulfonic

Na.

Sulfonasi styrene divinylbenzene

Resin penukar kation asam lemah memiliki matriks resin yang berbeda.

Struktur molekul resin penukar kation asam lemah terdiri dari matriks resin acrylic

seperti acrylonitrile atau methyl acrylate dengan gugus fungsional berupa gugus

karbosiklik atau –COOH. Polimer acrylonitrile dihidrolisis dengan asam sulfat dan

polimer acrylate dihidrolisis dengan soda kaustik untuk membentuk gugus

karbosiklik.

Polimerisasi acrylonitrile

Polimerisasi methyl acrylate

Hidrolisis acrylate membentuk gugus fungsional karbosiklik

Resin penukar anion basa kuat memiliki struktur molekul yang terdiri dari

matriks resin styrene divinylbenzene dengan gugus fungsional berupa ammonium

kuartener. Gugus ini dibuat melalui beberapa langkah, langkah pertama yaitu

klorometilasi, setelah itu melalui proses aminasi untuk membentuk gugus fungsional

ammonium kuartener.

Klorometilasi styrene divinylbenzene

Aminasi gugus fungsional

Resin penukar anion basa lemah memiliki struktur molekul yang terdiri dari

matriks resin styrene divinylbenzene dengan gugus fungsional berupa amina. Proses

pembuatannya sama seperti resin penukar anion basa kuat, namun yang dipakai bukan

ammonium kuartener tetapi gugus amina.

Gugus fungsional amina

Referensi : http://dardel.info/IX/resin_structure.html#other

Percobaan kolom penukar ion

Percobaan kolom penukar ion dilakukan dengan metode fixed bed. Metode

fixed bed ini terdiri dari 5 langkah utama yaitu start up, service, backwash, regenerasi,

dan rinsing.

Tahap start up memiliki tujuan utama yaitu untuk mengatur laju alir air dan

mengatur tinggi resin. Laju alir yang diberikan biasanya dalam satuan bed volume

(BV) yang melibatkan volume resin dalam perhitungannya. Satuan bed volume

digunakan karena laju alir akan dipengaruhi oleh volume resin. Laju alir diatur

selambat mungkin sehingga waktu kontak antara air sadah dengan resin lebih

sempurna. Tinggi resin juga diatur setinggi mungkin untuk tujuan yang sama.

Tahap service merupakan tahap dimana terjadinya pertukaran ion-ion logam

(seperti Ca2+ dan Mg2+) yang terdapat di air sadah dengan kation yang terdapat di

dalam resin. Pada tahap ini kita akan menghitung kadar Ca2+ yang tidak teradsorpsi

oleh resin dengan titrasi menggunakan EDTA. Sebelum dititrasi, sampel diberi NH4Cl

dan EBT. Penambahan NH4Cl berperan sebagai buffer untuk menjaga agar pH larutan

tidak berubah terlalu banyak. Penambahan EBT bertujuan untuk membentuk

kompleks dengan ion logam sehingga dapat terlihat perubahan warnanya. Pada tahap

service ini juga dibuat kurva breakthrough yang menunjukkan konsentrasi Ca2+ yang

tidak teradsorp dibandingkan dengan konsentrasi Ca2+ awal pada sumbu y dan volume

air yang ditampung pada sumbu x. Kurva breakthrough menunjukkan bahwa pada

suatu titik yang disebut break point, perbandingan Ce/Co akan naik drastis hingga

mendekati 1. Hal ini menunjukkan resin telah mulai kehilangan kemampuannya untuk

menukarkan ion dan pada nilai Ce/Co 1 berarti resin sudah tidak mampu

mempertukarkan ion.

Tahap backwash memiliki tujuan untuk menghilangkan kotoran/gas yang

terperangkap di dalam resin, memisahkan resin-resin yang menggumpal dan mengatur

resin-resin dalam kolom agar terdistribusi dengan aliran seragam. Setelah dilakukan

fluidisasi pada tahap ini, resin akan terekspansi dan bertambah tingginya

dibandingkan sebelum dilakukan tahap backwash. Fenomena yang dapat terjadi pada

tahap backwash adalah bubbling, slugging dan channeling.

Tahap regenerasi memiliki tujuan untuk mengganti ion yang telah

dipertukarkan selama proses service dan mengembalikan resin pada kapasitas awal.

Tahap regenerasi hampir sama dengan tahap service, hanya saja air sadah diganti

dengan NaCl untuk meregenerasi resin. Ion-ion Na dalam larutan akan masuk dan

berdifusi ke dalam resin yang mengandung ion-ion Ca karena sudah jenuh dan terjadi

pertukaran ion. Resin akan mengikat ion Na dan ion Ca akan terdifusi keluar dari

resin. Kurva regenerasi resin akan berbanding terbalik dengan kurva service yaitu

pertama-tama Ce/Co kurva regenerasi resin akan mendekati 1 lalu pada titik tertentu

akan turun drastis mendekati 0 yang berarti tidak ada ion yang dipertukarkan lagi.

Tahap rinsing dapat dibedakan menjadi dua jenis yaitu pembilasan cepat dan

pembilasan lambat. Pembilasan cepat bertujuan untuk mencuci sisa-sisa ion pada

resin. Pembilasan lambat bertujuan untuk mendesak sisa regeneran keluar dari unggun

resin dan membuang sisa-sisa pembilasan yang bergabung dengan garam dari

regeneran. Tahap rinsing dapat dilakukan dengan pengukuran konduktivitas atau

pengukuran pH.

Referensi : http://blog.its.ac.id/masduqi/files/2010/02/pengolahan-fisik-kimia.pdf