PEMBUATAN Mn-ZEOLIT UNTUK PENYERAPAN LIMBAH RADIOAKTIFSr-90 DAN LIMBAH Fe

Husen Zamroni, Thamzil LasPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif

ABSTRAKPEMBUATAN Mn-ZEOLIT UNTUK PENYERAPAN LlMBAH RADIOAKTIF Sr-90 DAN

LlMBAH Fe. Telah dilakukan pembuatan Mn-Zeolit untuk pengolahan limbah Sr-90 dan limbahFe++. Pad a penelitian ini pengolahan limbah radioaktif cair Sr-90 dan limbah Fe++ ini dilakukandengan teknik Batch yaitu dengan memasukkan limbah Sr-90 dan limbah Fe++ ke dalam botolpolyetilen yang masing-masing botol telah berisi Mn-Zeolite .Pengolahan ini dilakukan untukpenentuan kapasitas tukar kation(KTK) dan Koefisien distribusi (Kd). Hasil penelitian yangdilakukan diperoleh kondisi optimum penyerapan Sr-90 oleh Mn-Zeolite pada pH 6 dengan nilaiKd = 7159 ml/g dan KTK 1,92 meq/g.Nila.i KTK dari Mn-Zeolit terhadap Fe++ sebesar 1,29

meq/g dan nilai Kd sebesar 1687 ml/g.

ABSTRACTPREPARA TION Mn-ZEOLfT FOR SORPTION OF Sr-90 RADIOACTIVE WASTE AND

Fe CONTAINING WASTE. Mn-Zeolit have been prepared for treatment of radioactive wastecontaining Sr-90 and Fe. The experiment was contacted the sorbent with the wasteby batchmethode, using the polyethylene bottles. This experiment were also used for determinationCation Exchange Capacity (CEC) and Distribution Coeficient (Kd). The results was shown thatthe maximum sorption of Sr-90 was obtained on pH 6 with Kd = 7159 ml/gram and CEC 1,88meq/g. The CEC of Fe++ was obtained to be 1,29 meq/g with Kd = 1687 ml/g

PENDAHULUANZeolit adalah mineral dengan struktur kristal alumino silikat yang

berbentuk rangka (framework) tiga dimensi, mempunyai rongga dan saluran,serta mengandung ion Na, K, Mg, Ca dan Fe serta molekul air. Semenjak tahun1984 tersebut, zeolit telah diklasifikasi sebagai suatu jenis mineral tersendiri,yang sebelumnya sering dimasukkan jenis batuan lempung (clay materials)atau jenis mineral silikat. Walaupun batuan lempung merupakan mineralalumino silikat tetapi mempunyai struktur lapisan (layer) dan sifat pertukaranionnya terutama disebabkan gugusan hidroksil dimana ion H dapat digantikandengan ion lain. Pertukaran ion pada zeolit disebabkan substitusi "isomorf " AI

pada tertrahedra Si dan semua atom AI pada zeolit adalah dalam bentuktetrahedra, bukan dalam bentuk oktahedra seperti pada batuan lempung.

Pada saat ini teknologi pengolahan bahan galian zeolit masih sederhanasehingga sebagian besar zeolit diproduksi untuk bidang pertanian yaitu untukcampuran pupuk tanaman[5]. Oi luar negeri dengan mempelajari struktur kristalsangkar serta empat sifat utama zeolit yaitu sebagai sorben, ion-exchange,molecular sieving dan katalis maka pemanfaatan zeolit telah berkembangsedemikian rupa mulai dari penyediaan bahan baku industri sampai pada sistimpembuangan limbah industri.

Zeolit yang terdapat secara alami kiranya dapat dimodifikasi untukditingkatkan kualitasnya menjadi mineral industri, sehingga ketergantunganindustri nasional pada material impor dapat dikurangi. Makalah ini akan

HasiJ PeneJitian Tahun 2000

membahas potensi zeolit modifikasi seperti Mn-Zeolit yang banyak digunakanuntuk penyerapan Fe++ pada penyaringan air. Penggunaan M.n-Zeolit untukpenyaringan air sangat banyak digunakan baik untuk industri maupun rumahtangga.

Kandungan Fe++ dalam a:r yang digunakan untuk industri haru&, dicontrol dengan baik. Misalkan penggunaan air untuk industri semikonduktortidak boleh mengandung 0,005% ion besi. Sedangkan untuk industri tekstil dankertas diperbolehkan 0,3%. Fe++ dalam air biasanya dalam bentuk ion atauchelate. Fe++ dihilangkan dengan ion exchange atau oksidasi Fe++ dalambentuk ferri hidroksida yang akan mengendap. Oksidasi dapat dilakukandengan udara, oksidasi dengan C12, KMnO4 atau dengan filtrasi yangdilewatkan melalui material ion exchanger yang mengandung manganese.Natural Zeolit yang mengandung manganese dapat digunakan untukmengekstrak ion besi dari air.

TAT A KERJABahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah zeolit alam yang

berasal dari Bayah jawa Barat. Zeolit yang digunakan dibersihkan dari kotorandan batuan batuan lain kemudian dikeringkan diudara. Zeolit alam dihaluskandan diayak untuk mendapatkan ukuran partikel zeolit antara 35-50 mesh. Zeolitdimurnikan dengan cara di ref/uk dengan air demin selama 24 jam untukmendapatkan zeolit bersih dari pengotor.

Zeolit murni yang sudah diperoleh sebanyak 50 gram kemudiandirendam dengan larutan KMnO4 konsentrasi 0,1 M selama 24 jam. Zeolit yangsudah direndam larutan KMnO4 kemudian di cuci dengan air demin sampaibersih dari larutan KMnO4. Zeolit yang sudah bersih merupakan material MnZeolit. Mn Zeolit yang telah di buat dipanaskan sampai 100°C sampai kering.Mn Zeolit yang sudah diaktivasi sebanyak 0,1 gram dikontakkan dengan limbahSr-90 aktivitas 2,7 x 1 0-2 ~ci/ml dan Fe++ konsentrasi 21 ppm dalam potolpolietilen volume 25 ml dalam berbagai yariasi waktu. Beningan kemudiandipisahkan dan dianalisis menggunakan Liquid Scintillation Chromatography(LSC) atau Atomic Absorsi Spectrometer (MS).

METODE PENELITIANCairan yang telah di kontakkan dengan Mn-Zeolit di analisis

menggunakan LSC atau MS. Perhitungan Faktor dekontaminasi (FD) danefisiensi pemisahan (,,) dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini :

FD=~Ct

dan ~~ x1 00%11=Co

Keterangan :FD = Faktor dekorltaminasi11 = Efisiensi pemisahanCo = Aktivitas limbah awalCj = Aktivitas beningan

103Hasl/ Penel/t/an Tshun 2000

Sedangkan untuk penentuan Kapasitas Tukar Kation (KTK) danKoefisien Distribusi (Kd) dihitung dengan menggunakan rumus :

KTK= xN

Kd = Co-Ct V

--c;t-xW

Keterangan :Kd = Distribution CoefisientKTK = Kapasitas Tukar KationW = Berat (gram)V = Volume (ml)N = NormalitasCo = Aktivitas limbah awalCt = Aktivitas beningan

HASIL DAN PEMBAHASANPengaruh rendaman KMnO4 dalam Zeolit menyebabkan kenaikan

kandungan Mn dalam Zeolit. Kandungan Mn dalam zeolit (clinoptilolit) sebelumkontak dengan KMnO4 sebanyak 0,07% sedangkan sesudah korltak denganKMnO4 menyebabkan kenaikan kandungan Mn dalam zeolit naik menjadi0,65%. Proses yang terjadi disamping pertukaran ion juga terjadi prosesoksidasi. Peningkatan jumlah Mn dalam zeolit menyebabkan kemampuanoksidasi zeolit terhadap ion Fe ++ meningkat. Proses terjadinya reaksi oksidasiFe ++ oleh Mn Zeolit adalah sebagai berikut :

FeOx-+

Fe ++ + 02 -io

Fe ++ + Mn++ + O2FeOxJ. + MnO2J.

Fe(HCO3)2 + KMnO4Mn(HCO3)2 + KMnO4

Fe(OH)3 + MnO2

MnO2

~

~

Hasil Penelitian Tahun 2000 104

:rabel 2. Kenaikan i~mla~I~?n~.ada Ze~lit B~~a.~. ---~W/W MoI/10°S-

~

Mo~~~Ml1,00

72,81 1,2117

~9GaO

I

MgOI

MnO2-

~J3597

1,94

Konsentrasi awal Fe ++ sebesar 21 ppm

Oari proses diatas diperoleh nilai KTK dari Mn-Zeolit terhadap Fe1,29 meq/gram dan nilai Kd sebesar 1687.

++ seb,esar

Pengaruh kemampuan serapan zeolit terhadap Sr-90Proses pertukaran ion oleh Zeolit terhadap Sr-90 terjadi sebagai berikut

Sr++ + 2H-Z SrZz + 2 H+~

Pad a proses ini tidak terjadi oksidasi oleh Mn-zeolit yang terjadi hanyapertukaran ion. Pada Tabel 4 menunjukkan kapasitas tukar Mn- zeolit terhadapSr-90 tidak mengalami kenaikan oleh pengaruh jumlah Mn dalam Zeolit.

HasiJ PeneJitian Tahun 2000 105

60000

'U"~0;OJ

.0E 40000(/)'5c:Q)

"0;

~~ 20000

1 2 3 4 5 6 7 8 9

pH

Gambar 1. Grafik hubungan antara pH dengan Koefisien distribusi

100

90cO:'

f!:!.c:IVCoIV

Qj~~

80

"Ujc:Q)

'UjI;:w 70

60

Gambar 2. Grafik hubungan antara pH dengan Efisiensi Penyerapan

Pada pH 8 mengalami penurunan harga Kd, FD dan 11, kemudian padapH 12 mencapai optimum, harga KTK dari l,B diperoleh 1,88 pada pH optimum

(pH 6).

106Hasil Penelitian Tahun 2000

KESiMPULAN DAN SARANOari kegiatan penelitian dan pengembangan yang tel.ah dilakukan

diberbagai litbang untuk itu beberapa kesimpulan dan saran dapat disampalkansebagai berikut:1. Mengingat sebagaian besar zeolit Indonesia masih berkualitas rendah

sebagai mineral galian, maka perlu penelitian yang terpadu untukmeningkatkan kualitas zeolit menjadi mineral industri.

2. Penggunaan zeolit dalam bidang industri dan lingkungan memerlukanpemahaman struktur zeolit, mekanisme difusi ion, termodinamika dankinetika reaksi pertukakaran ion.

3. Pengetahuan zeolit telah dapat mempertemukan berbagai bidang ilmu

pengetahuan, mineralogi, geologi, kristalografi, kimia, pertanian danlingkungan. Seyogianya suatu organiasi profesi keahlian zeolit dapat dibinasebagai fungsi kontrol kualitas serta standarisasi zeolit dimasa mendatang.

DAFTARPUSTAKA1. MUMPTON, F.A and SAND, L.B., in "Natural Zeolite, occurence,

properties and uses", (Eds Sand, L.B and Mumpton, F.A.), PergamonPress, London, (1979).

2. BRECK, D.W., "Zeolite Molecular Sieves", John Willey Interscience, NewYork, (1974) ,

3. DYER, A, "Introduction to Zeolite Molecular Sieves", John Willey and

Sons, Chichester, (1988)4. TSITSISHVILI, G.V., et. al., "Natural Zeolites", Ellis Harwood, New York,

(1992)5. LAS. T, " Use of Natural Zeolite for Nuclear Waste Treatment", PhD

Thesis, Dept. Applied Chemistry, University of Salford, England (1989),6. TOWNSEND. R, P., "Ion exchange in zeolites basic principles",

Chemistry and Industry, Vol 2,246 (April 1984).7. DYER., A., "Chemistry and Industry", Vol 2, 241, (1984)8. LAS T, YATIM S, BUDIMAN P, "Potensi Zeolit Untuk Pengolahan

Limbah Industri" UNAND Limau Manis Padang (1996)9. BLANCHARD, G. et al., Water Res., Vol 18, 1501, (1985)

10. VOILLEQUE, P.G., in "The Three Mile Island Accident", ACS Series 293,

Washington D.C, 45, (1986)11. LAS T., " Use of zeolite for radioactive Waste treatmen and Disposal",

on One Day Seminar on Mineral Property and Utilization of NaturalZeolite JSPS-BPPT, Jakarta, (19 Februari1996)

12. LAS T" et.al, "Imcbilisation of 137CS on Cement-Zeolite Composites",IAEA TECDOC-947, 153-163, IAEA, Viena, 1997

13. KARGE, H.G" et al., "Zeolite as Catalists, Sorbents and DetergenBuilders Applications and Innovation ", Elsevier Science Publishers,Amsterdam, (1989)

Hasil Penelitian Tahun 2000 107