ARTIKEL

REGENERASI Ce3+MENGGUNAKANOZON

PADA DEKONTAMINASI REDOKS

Heny SusenoPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif, BAT AN

ABSTRAKREGENERASI Ce~ MENGGUNAKAN OWN PADA DEKONTAMINASI REDOKS. Telah

dilakukan penelitian regenerasi Ce3+ menggunakan ozon berdasarkan pendekatan kinetika kimia. Menggunakandata percobaan Klein dan kawan-kawan dilakukan perhitungan ulang nilai konstanta dan waktu paruh reaksidengan asumsi reaksi berjalan pada orde dua dan tiga. Dari perhitungan diperoleh bahwa efesiensi regenerasisebesar 70% pada suhu 80.C belum optimal dan masih dapat ditingkatkan.

ABSTRACT

THE REGENERATION OF C~+ BY USING OZON FOR REDOKS DECONTAMINATION. Theinvestigation of CeJ+ regeneration by using ozon was done with chemical kinetic approach. By using Kleinsexperimental datas was recalculated value of reaction contanta and reaction half live with assumtion thereaction going on at second order or third order. From recalculation was found that effesiency ofregeneration about 700/D at 8{J'C and not yet optimal and can be improved.

PENDAHULUAN sistem pendingin reaktor dalarn ke-giatan dekomisioning. Pada kegiatantersebut dekontaminasi dilakukan baiksebelum dan setelah dismantling.

Proses dekontaminasi redoks secaraumum terdiri dari dua tahapan yangberlangsung secara simultan, yaitudekontaminasi clan regenerasi. Pe-larutan crud pengungkung kontarninansecara oksidatif menggunakan oksi-dator Ce4+ merupakan tahapan de-kontaminasi.

Proses dekontaminasi kimia selaludihadapkan pada pennasalahan limbahsekunder berupa sisa-sisa larutan yangdigunakan sebagai dekontaminan.Untuk mengatasi hat tersebut saat inidikembangkan metoda dekontaminasikimia secara, dimana dekontaminandapat digunakan berulang-ulang atauselama proses berlangsung tidak adapenambahan dekontaminan barn.Sistem regeneratif inilah yang dapatmeminisasi limbah sekunder pascaproses dekontaminasi. Pengembanganmetoda dekontaminasi kimia secararegeneratif saat ini terfokus padametoda redoks yang digunakan untukmendekontaminasi baja tahan karat

~3Ce4+ + Cr'+ (crud)3Ce3+ + Cr6+ (1)

Pengubahan Ce3+akan digunakan

menjadi Ce4+ yangkembali sebagai

rnJt'v/d/nL./I1t'/V1 Vd ~ Na / 2ax>

ARTIKEL

merupakan tahapandekontaminan

regeneraSl. 203 + 2Ce3+ + 2W ~4t2Ce + O2 + H2O (3)

-7 Ce4+ + eCe3+ (2)Proses regenerasi ini diharapkan dapatmelengkapi kekurangan yang ada padametoda regenerasi elektrolisis. Peluangini sangat terbuka mengingat reaksiantara ozon dengan Ce3+ merupakanreaksi reduksi oksidasi sehingga

diperoleh proses regenerasi yangefesien. Seperti reaksi-reaksi antaradua senyawaan kimia lainnya, reaksitersebut diatas sangat dipengaruhi olehjumlah tumbukan antara dua molektiltersebut. Jumlah tumbukan tersebutsangat bergantung pada difusi gas ozonke da1am medium larutan. Selanjutnyabasil yang diperoleh bergantung padakinetika reaksi yang ditempuh.

Pada makalah ini akan dibahasseberapa jauh pengaruh kinetika reaksiCe 4+ dengan ozon dibandingkan dengan

faktor difusi ozon berdasarkan datapercobaan yang dilakukan oleh Klein.Dengan menentukan model kinetikakimia reaksi antara Ce3+ dengan ozondiharapkan dapat meramalkan kondisioptimal proses. regenerasi nonelektrolisis tersebut.

METODE PENELITIAN

Pendekatan kinetika kimia diguna-kan untuk meramalkan efesiensi ozonyang pada proses regenerasi Ce3+ .Konstanta clan waktu paruh reaksimerupaka parameter yang digunakansebagai bukti apakah efesiensi ozonyang diperoleh pada percobaan Kleintelah optimal. Dalam studi ini ordereaksi belum dapat ditentukan secarapasti karena tidak tersedia data

Melalui sistem regenerasi ini idealnyaCe 4+ yang dihasilkan ekivalen' dengan

Ce4+ yang digunakan sebagai dekon-taminan sehingga selama prosesberlangsung tidak ada penambahandekontaminan baru, Proses regenerasipada metoda dekontaminasi redoksdapat dilakukan melalui dua cara,yaitu: secara elektrolisis dannonelektrolisis.

Proses regenerasi secara elektro-lisis mempunyai beberapa kendalayang mengakibatkan penurunaneffesiensi, antara lain: tegangan lebihdan terhambatnya transfer elektron darielektroda ke medium larutan.Tegangan lebih tidak dapat dihindariclan hat ini mengakibatkan kompetisiantara reaksi pembentukan gas oksigendan pembentukan Ce4+ pada anodasehingga proses menjadi tidakeffeSien[~ll. Terhambatnya transferelektron .permukaan elektroda kemedium larutan disebabkan olehdeposit produk reaksi reduksi padapermukaan katoda. Untuk mem-perlancar transfer elektron tersebut,proses dekontaminasi redoks biasanyadilengkapi dengan generator ultrasonikyang berfungsi menghambat pem-bentukan deposit pada permukaanelektroda[4]. Walaupun pemakaianultrasonik ini akan mengeliminasi salahsatu masalah tersebut, tetapi biayaproses akan meningkat.

Proses regenerasi non elektrolisismenggunakan ozon mengubah Ce3+menjadi Ce4+ berdasarkan reaksiberikut:

QiJ £?vId/lltl/1t'AIt Va(.':J No. / 2(XX)

ARTIKEL

kt = Iln [O3]o[Ce3+] (7)(ICe3+]O-2[O3]o) [O3][Ce3+]o

.Bila diasumsikan reaksi tersebutadalah orde 3 seperti persamaan (8)

.Penyusunan ulang persamaan (8)untuk reaksi antara Ce3+ dan ozonsehingga diperoleh persamaan (9)

pendukung untuk keperluan tersebutdan tidak harns berkaitan dengankoefisien masing-masing reaktan.Berdasarkan persamaan reaksi antaraantara ozon dengan Ce3+ dicari ber-dasarkan dua asumsi, yaitu: kemung-kinan reaksi tersebut adalah ordedua atau orde ketiga. Kecepatan reaksimerupakan parameter efesiensiregenerasi dan dirumuskan berdasar-kan persamaan berikut:.untuk asumsi reaksi orde dua.

d[Ce3+]/dt = -k [Ce3+] [03] (4)

untuk asumsi reaksi orde tiga.d[Ce3+]/dt = -k [Ce3+][O3f (5)

Penetapan waktu yang diperlukanagar konsentrasinya menjadi separuhdaTi nilai awal (waktu paruh reaksi),berturut-turut untuk reaksi orde duadan tiga digunakan persamaan sebagaiberikut:

(1 -I (10)2 -2k[Ce3+]~

(1 -1 (II)2 -2k[Ce3+]~

dimana 4/2 adalah waktu paruh reaksi .

Dalarn suatu reaksi kimia, kon-sentrasi awal reaktan diasumsikansebagai [A]o dan [B]o, maka ketikareaksi berlangsung masing-masingberkurang sebesar x mol.

Berdasarkan hukum laju terinte-grasi, maka penetapan konstanta reaksi(k) mengacu pada persarnaan berikut[2].

HASIL DAN PEMBAHASAN

Percobaan regenerasi Ce3+ yangdilakukan oleh Klein dan kawan-kawan

menggunakan generator ozonberkapasitas 0,13 mol 03 perjam danreaksi berlangsung berdasarkan per-samaan (3) selanjutnya diperoleh hasilseperti terlihat pada Gambar 1.Penyusunan ulang persarnaan (6)

untuk reaksi' antara Ce3+ dan ozonsehingga diperoleh persarnaan (7)

(8)

(9)

t't/!d/IJf./I1t'AIt Va' ~ No. /.2CXJO [l[J

ARTIKEL

"""...""-,,,.1 -~~c0

~'inc41'in~41

60 800 20 40

Suhu (OC)

Gambar 1. Effesiensi proses regenerasi Ce3+ menjadi Ce4+ menggunakan ozon

Ce3+. Mengacu pada persamaan (4) dan(5) dimana pada kedua asumsi tersebutmenunjukan bahwa nilai konstantareaksi berbanding lurus dengan prosesregenerasi. Nilai konstanta tersebuttidak dipengaruhi oleh keduakonsentrasi reaktan tetapi dipengaruhioleh suhuI2]. Jika pendekatan keduamenunjukan bahwa reaksi tersebut bisadipercepat dan 4/2 dapat diturunkansejalan dengan kenaikan suhu maka

upaya peningkatan kinerja prosesregerasi dapat lebih disempurkan lagi

menggunakan pendekatan pertama.Berpijak pada pendekatan kedua,

maka konstanta kecepatan reaksidihitung dari data-data gambar 1 yangsebelumnya dikonversikan terlebihdahulu kedalam satuan-satuan yangsesuai. Setelah mengalami penyesuai-an satuan, diperoleh data-data sepertiterlihat pada tabel 2.

EfIesiensi ozon merupakan ukurankeberhasilan proses regenerasi clandihitung berdasarkan perbandingan molozon yang bereaksi dengan Ce3+ dengankapasitas ozon generator. Percobaanini dilakukan menggunakan sebuahkolom yang akan diisi dengan packingmaterial sebagai gas-liquid contactordimana ozon diinjeksikan dari dasarkolom clan mengalir ke atas[!].

Berdasarkan kuantitas ozon, di-lakukan dua pendekatan untuk mem-buktikan efIesiensi proses regenerasitersebut secara lebih cermat.Pendekatan pertama berdasarkan padaseberapa besar kemampuan ozonterdifusi dalam media larutan pada saatreaksi berlangsung. Difusi pada sistemregenerasi ini ditentukan oleh luaspermukaan ozon yang kontak denganlarutan, artinya ukuran gelembungberpengaruh secara signifikan.Pendekatan kedua didasarkan padakinetika reaksi antara ozon dengan

00 ~t//d/IJLlI1~/1I1 Vat ~ Na / 2Oro

80

70

60

50

40

30

20

10

I) .

ARTIKEL

Tabell. Proses regenerasi Ce3+ menggunakan ozon pada berbagai suhu, dimanaCe3+ mula-mula 5 X 10.3 mol [1,3]

~

$~bY<J9j

~

1,7 X 1042 0 X 10-3,22 X 10-3,3 0 X 10-3,

9 X 10-4

9 X 10-4

1 2 X 10-3,1 5 X 10-3,

20506080

Gambar 2. Konstanta reaksi orde dua untuk regenerasi Ce3+

~'i~~::

Gambar 3. Nilai waktu paruh reaksi untuk orde dua daB tiga pada berbagai suhu

/?uh'/nL/I1/?/1/1 Va( ~ Na / 2tXJO []ZJ

ARTIKEL

60 8020 50

Suhu (OC)

Gambar 4. Konstanta reaksi orde dua untuk regenerasi Ce3+

~~~~.--

~

Gambar 5. Nilai waktu paruh reaksi untuk orde dua daft tiga pada berbagai suhu

tidak mengalami kenaikan yang cukupsignifikan sejalan dengan mening-katnya suhu reaksi. Terkait denganproses regenerasi dimana hargakonstanta berbanding lums dengankecepatan reaksi maka dapat dikatakanbahwa effesiensi proses tersebut sudahoptimal. Fakta-fakta lain yang dapatdijadikan pegangan untuk

t'tIId/nL.//1t'/tIt va: ~ Na / 2000

Berdasarkan data pada tabel 2untuk asum$i reaksi regenerasi Ce3+dengan ozon yang berjalan sesuaidengan orde reaksi dua, selanjutnyakonstanta reaksi dapat ditentukanmenggunakan persamaan (7) dandiperoleh hasil yang tersaji gambar 2.

Gambar 2 menunjukan konstanta(k) mulai optimal pada suhu 60°C dan

00

ARTIKEL

didasarkan pada nilai t1/2 reaksi antaraozon dengan Ce3+. Menggunakan hargakonstanta kecepatan reaksi seperti yangtelah diperoleh selanjutnya dimasukandalam persamaan (II) maka diperolehnilai t1/2 tersebut. Pengaruh suhuterhadap waktu paruh reaksi dapatdilihat pada gambar 5.

Kedua perhitungan konstanta ke-cepatan reaksi clan t1/2 yang mengacupada asumsi reaksi orde tiga me-nunjukan bahwa effesiensi regenerasiyang belum optimal pada suhu 80cC.Disisi lain jika asumsi ini diadopsimaka seolah-olah membuktikan bahwaproses regenerasi berjalan belumoptimal.

KESIMPULAN

Berdasarkan pendekatan kinetikakimia reaksi antara Ce3+ dan ozonpada sistem regenerasi dekontaminasiredoks diperoleh bahwa effesiensi yangdiperoleh belum optimal walaupunsuhu divariasi pada 20 sampai dengan80°C. Menggunakan harga konstantareaksi dan waktu paruh reaksi padadua buah asumsi aIde reaksimembuktikan bahwa effesiensi prosesregenerasi masih dapat ditingkatkandengan memperkecil ukurangelembung-gelembung ozon yangdigunakan.

menyimpulkan optimalnya prosesregenerasi adalah waktu paruh reaksitersebut (tl/2)' Berdasarkan data padatabel 2 selanjutnya tl/2 untuk reaksiorde dua dihitung menggunakanpersamaan (10) clan diperoleh basilyang tersaji pada gambar 3.

Berdasarkan kedua fakta tersebutmaka effesiensi regenerasi yangdiperoleh jika dikaji berdasarkanpersamaan reaksi orde dua makamenunjukan harga yang optimal.Berangkat dari kenyataan tersebutmaka upaya meningkatkan efesiensiproses regenerasi seolah-olah sudahtidak dapat dilakukan menggunakanpendekatan kedua tidak mungkin dapatdilakukan.

Pembuktian lebih lanjut ber-dasarkan perhitungan pada asumsi jika

ak . C 3+re SI antara e clan ozon tersebutberlangsung pada orde tiga. Ber-dasarkan data pada tabel 1 untukasumsi reaksi regenerasi Ce3+ denganozon yang berjalan sesuai dengan ordereaksi tiga, selanjutnya konstantareaksi dapat ditentukan menggunakanpersamaan (7) clan diperoleh basil yangtersaji gambar 4.

Berdasarkan rekasi orde tiga inimaka Effesiensi masih dapat ditingkat-kan secara proporsional dengankenaikan suhu reaksi. Hal ini sangatbertentangan dengan basil yangdiperoleh pada asumsi orde reaksisebelumnya. Pembuktian lebih lanjut

DAFTARPUSTAKA

[1] KLEIN, M, "Comparasion of Throgh Decontamination Technique onDismantled Pieces of Power Reactor", Sumarry Report of 3rd CRP on NewMethods and Techniques for Optimization of Decontamination forMaintenance and decommissiomng, IAEA, Mol Belgium,(1988).

00Ptlldlnt/!1P/fI't Vd ~ No./2ax:>

ARTIKEL

[2] ATKINS, W, "Phisical Chemistry", 3rd ed, Oxford University Press

(1990).JAERI, "JAERI MEMO 61-225", JAERI, Japan (1995).BARD, J,A, "Electrochemical methods fundamentals and Application",John Willey and son inc, USA (1980).

[3][4]

---0000000---

~ Nd/n L.//1t'AIt V d ~ Na / 2tXXJ