ion exchange

45
Ion Exchange

Upload: andriadistia

Post on 11-Jul-2016

250 views

Category:

Documents


5 download

DESCRIPTION

tugas

TRANSCRIPT

Page 1: Ion Exchange

Ion Exchange

Page 2: Ion Exchange

Kebutuhan air mutlak diperlukan baik yang mengandung mineral maupun yang tidak mengandung mineral (pure water)..

Page 3: Ion Exchange

Untuk kebutuhan mahkluk hidup air mineral sangat

diperlukan untuk dikomsumsi, sedangkan untuk keperluan proses di industri khususnya

industri kimia justru sebaliknya

Page 4: Ion Exchange

Pengaruh mineral pada proses industri kimia cukup komplek yaitu dari menyebabkan kerak pada proses pemanasan seperti boiler dan heat exchanger, sampai turunnya yield dan selektivitas pada proses reaksi, dan masih banyak lagi pengaruh lainnya. Untuk itu diperlukan suatu unit pengolahan air untuk menghilangkan kandungan mineral sebelum air tersebut digunakan dalam suatu industri khususnya industri kimia

Page 5: Ion Exchange
Page 6: Ion Exchange

TINGKAT KESADAHAN

Mg/L CaCO3 Tingkat Kesadahan0 - 75 Lunak (Soft)75 - 150 Sedang (Moderately

hard)150 - 300 Tinggi (hard)> 300 Tinggi sekali (very

hard)

Page 7: Ion Exchange

KESADAHANDEFINISI : KEMAMPUAN AIR DALAM MENGKONSUMSI SEJUMLAH SABUN SECARA BERLEBIHAN.

MINERAL DALAM AIR DIDOMINASI OLEH ION KALSIUM (Ca) DAN MAGNESIUM (Mg) DALAM BENTUK GARAM KARBONAT.

KESADAHAN TERBAGI 2 JENIS YAITU KESADAHAN KARBONAT (KESADAHAN SEMENTARA) DAN NON KARBONAT (KESADAHAN TETAP)

KESADAHAN KARBONAT DISEBABKAN ADANYA ION-ION HCO3 –

DAN CO3 2-

KESADAHAN SEMENTARA DAPAT DIHILANGKAN DENGAN PEMANASAN ATAU PEMBERIAN KAPUR TOHOR

KESADAHAN NON KARBONAT DISEBABKAN ADANYA ION-ION Cl2 -

DAN SO4 –

KESADAHAN TETAP TIDAK DAPAT DIHILANGKAN DENGAN PEMANASAN NAMUN DAPAT DILAKUKAN DENGAN ION EXCHANGER (PERTUKARAN ION)

Page 8: Ion Exchange

RESIN PARTICLE AND BEADS

Page 9: Ion Exchange

PERTUKARAN ION

Page 10: Ion Exchange

PROSES PERTUKARAN ION PADA INDUSTRI BANYAK DITERAPKAN UNTUK PROSES PELUNAKAN DAN DEMINERALISASI AIR

BAHAN YANG DIGUNAKAN UNTUK KEPERLUAN PROSES DIBEDAKAN MENURUT ION PENUKARNYA YAITU CATION EXCHANGE (PERTUKARAN ION POSITIF) DAN ANION EXCHANGE (PERTUKARAN ION NEGATIF)

BAHAN PENUKAR ION POSITIF YANG UMUM DIGUNAKAN ADALAH ION NATRIUM (Na +) DAN ION HIDROGEN (H +)

BAHAN PENUKAR ION NEGATIF UMUMNYA DIGUNAKAN ADALAH (OH -)

Page 11: Ion Exchange

PROSES PELUNAKAN AIR

UNTUK KEPERLUAN PROSES PELUNAKAN, MENGGUNAKAN PERTUKARAN KATION YAITU ION NATRIUM (Na +) DIKENAL DENGAN SODIUM ZEOLIT ATAU RESINZEOLIT ATAU RESIN ADALAH SENYAWA RADIKAL DARI BAHAN PENUKAR ION YANG DISINGKAT Z DAN R SEHINGGA DAPAT DITULIS Na2Z (SODIUM ZEOLIT) DAN Na2R (SODIUM RESIN)

Page 12: Ion Exchange

SODIUM RESIN DAPAT MENGGANTIKAN ION-ION KALSIUM (Ca) DAN MAGNESIUM (Mg) DARI GARAM-GARAM SADAH.

UNTUK MENGAKTIFKAN KEMBALI DAPAT DIREGENERASI DENGAN GARAM DAPUR (NaCl)

Page 13: Ion Exchange

PROSES PELUNAKAN DENGAN PERTUKARAN ION

LAJU ALIR: 7,5 -19,5 m3 /jam-m2 LUAS TUMPUKAN RESIN DALAM SOFTENERKEMAMPUAN RESIN DALAM MENGIKAT GARAM-GARAM SADAH PER SATUAN VOLUME :

KEBUTUHAN REGENEREN PER SATUAN VOLUME RESIN :

Page 14: Ion Exchange

DEMINERALISASI : PROSES PENGHILANGAN GARAM-GARAM MINERAL DALAM AIR, AIR MEMPUNYAI KEMURNIAN YANG TINGGI

BAHAN PENUKAR YANG DIGUNAKAN ADALAH PENUKAR KATION (RESIN ASAM), KARENA PENUKAR ION-NYA ADALAH ION HIDROGEN (H +)

PENUKAR ANION ADALAH RESIN BASA KARENA PENUKAR ION-NYA ADALAH ION HIDROKSIDA (OH -)

RESIN ASAM DITULIS H2R RESIN BASA DITULIS R(OH)2

Page 15: Ion Exchange
Page 16: Ion Exchange

Adsorpsi, dan pertukaran ion adalah proses sorpsi, dimana komponen tertentu dari fase cairan, yang disebut zat terlarut, ditransfer selektif ke bahan insoluble dalam suatu wadah atau dikemas dalam kolom.

Pada adsorpsi dan pertukaran ion, ion dari fasa larutan tertransfer ke fasa padatan (sorbent) sampai sorbent menjadi jenuh atau hampir jenuh. Untuk meregenerasinya dilakukan desorb (pelepasan kembali)

Page 17: Ion Exchange

Pertukaran ion melibatkan transfer massa dari larutan ke fasa padatan.

Pertukaran ion ion yang dipindahkan dari larutan dipindahkan ke penukar ion (exchanger) sehingga terjadi elektronetralitas (jumlah muatan yang diserap = yang dilepaskan)

Page 18: Ion Exchange

Prinsip :

Air dilewatkan kedalam resin kation dan anion maka akan terjadi pertukaran ion yang mempunyai muatan sama. Sisa kation dan anion dilewatkan dengan resin mixed bed untuk membersihkan sisa ion-ion yang belum hilang

Tujuan :Untuk mengetahui karakteristik kinerja resin penukar ion pada Sistem Air Bebas Mineral

Page 19: Ion Exchange

Mekanisme Resin mengandung kation B+

akan dipertukarkan dengan kation A+ dalam larutan. Kation A+ dan B+ akan terdifusi karena perbedaan konsentrasi antara resin dan larutan.

Reaksi pertukaran ion :

Pertukaran ion akan berlangsung sampai kesetimbangan dicapai

A R B B R A

Page 20: Ion Exchange
Page 21: Ion Exchange
Page 22: Ion Exchange

Aplikasi 100 tahun lalu air sadah zeolit Th 1935 diperkenalkan resin penukar ion

untuk Water softening (Ca2+ and Mg2+) dan deionisasi

Demineralisasi air Dealkalinasi air Penghilangan warna pada larutan gula Recovery uranium dari larutan

Page 23: Ion Exchange

Aplikasi : Water softening Water softening dengan

pertukaran ion melibatkan penukar kation, di mana reaksi berikut terjadi untuk menggantikan ion kalsium dengan ion natrium.

Page 24: Ion Exchange

Aplikasi : Demineralisasi Pada langkah

pertama, resin penukar kation (H+) untuk ion kation seperti K+, Ca2+, Na+. Pada langkah kedua, resin penukar anion (OH-) seperti ion Cl-, PO4

2-. Ion-ion hidrogen dan hidroksil yang masuk ke air bergabung membentuk air.

Page 25: Ion Exchange

Komponen penukar ion Fasa padat bermuatan atau

matriks .

Fasa cair yang mengandung molekul yang berbeda muatan dari matriks

Larutan (eluan) dengan muatan berbeda untuk mencegah interaksi antara fasa cair dan padat.

Page 26: Ion Exchange

Penukar ion

Penukar ion diseimbangkan oleh counterion

Counterion inilah yang akan dipertukarkan dengan ion lain dari larutan .

Page 27: Ion Exchange

Resin Resin

Polimer organik atau anorganik yang digunakan sebagai penukar kation atau anion dari fasa larutan.

Resin penukar ion umumnya berbentuk butiran gel yang terdiri dari (1) jaringan polimer, (2) gugus fungsional ionik melekat jaringan, (3) counterions, dan (4) pelarut.

Struktur umum Polymer backbone tidak terlibat dalam ikatan Gugus fungsional / sisi aktif membentuk

kompleks anion atau kation

Page 28: Ion Exchange

Resin Penukar kation (asam kuat) dan penukar

anion (basa kuat) disintesis dari kopolimerisasi stirena dan, divinilbenzena (DVB)

Penukar kation (asam lemah) kadang disintesis dari kopolimerisasi asam akrilat dan asam metakrilat.

Page 29: Ion Exchange

Selectivity of Ion Exchange Resins

In Order of Decreasing Preference Strong acid cation Strong base anion

Barium Iodide Lead Nitrate Calcium Bisulfite Nickel Chloride Cadmium Cyanide Copper Bicarbonate Zinc Hydroxide Magnesium Fluoride Potassium Sulfate Ammonia Sodium Hydrogen

Page 30: Ion Exchange

Resin organik Gugus fungsional

Benzena Disulfonasi sebagai penukar kationDiklorinasi sebagai penukar anion

aa

SO3H

Cation exchange

aa

CH2N(CH3)3Cl

Anion exchange

Page 31: Ion Exchange

Resin anorganik Silikat (SiO4) Aluminosilikat

zeolite, montmorillonitesPenukar kation

Zirconium, Tin- phosphate

aa

OH

OPO(OH)2

O

OPO(OH)2

OPO(OH)2

O

OH

OPO(OH)2

O

OPO(OH)2

OPO(OH)2

Zr ZrZrZr

Page 32: Ion Exchange

Resin Faktor penting dalam pemilihan resin

penukar ion :1. Kapasitas penukar2. Selektivitas 3. Ukuran partikel dan distribusi ukuran (flow

throughput considerations).4. Stabilitas kimia dan fisika5. Regenerasi

Page 33: Ion Exchange

Resin Sifat

Kapasitas Jumlah ion yang dapat dipertukarkan per unit

materialKapasitas penukar kation (Proton

exchange capacity, PEC) Selektivitas

Penukar kation atau anionKation adalah ion positifAnion adalah ion negatif

Selektif terhadap beberapa gugus fungsiDistirbusi ion logam bervariasi

Page 34: Ion Exchange

Contoh Sebuah resin pertukaran ion terbuat dari 88%

berat stirena dan 12% berat divinilbenzena yang dimodifikasi dengan sulfonasi sebagai resin penukar kation. Perkirakan maksimum kapasitas pertukaran ion dalam resin!

Jawab : Dianggap berat resin 100 g sebelum sulfonasi

M g mol Stirena 104,14 88 0,845Divinilbenzena

130,18 12 0,092

100 0,937

Page 35: Ion Exchange

Jawab Sulfonasi pada setiap cincin benzena 0,937

mol H2SO4 (M=81,07 g/mol)), sehingga terjadi penambahan berat (0,937mol)(81,07g/mol) = 76 g

Total berat resin setelah sulfonasi = 100 + 76 = 176 g

Kapasitas maksimum penukar ion :0,937

5,3mol / kg resin(176 /1000)

Page 36: Ion Exchange

Latihan 1 Perkirakan kapasitas maksimum 200 g

penukar ion yang dibuat dari kopolimerisasi 75% berat DVB dan 15% stirena dan dimodifikasi dengan sulfonasi (M H2SO4 = 81,07 g/mol) !

Page 37: Ion Exchange

Latihan 2 Perkirakan kapasitas maksimum 100 g

penukar ion yang dibuat dari kopolimerisasi 80% berat DVB dan 20% stirena dan dimodifikasi dengan klorinasi!

Page 38: Ion Exchange

Kesetimbangan Untuk pertukaran ion, kita menerapkan

hukum aksi massa untuk memperoleh kesetimbangan

Pada saat kesetimbangan

di mana K : koefisien selektivitas molar; c : konsentrasi molar liquid; q : konsentrasi molar penukar ion

Page 39: Ion Exchange

Kesetimbangan (con’t)

Jika muatan counterion = muatan ion yang akan dipertukarkan maka :

K tidak tergantung pada C/Q (total konsentrasi ekuivalen)

Di mana x dan y adalah fraksi mol liquid dan penukar ion; z = valensi counterion I

Page 40: Ion Exchange

Kesetimbangan (con’t) Apabila muatan counterion ≠ muatan ion

yang dipertukarkan, maka :

K dipengaruhi oleh rasio C/Q dan rasio muatan n

C : total konsentrasi ekuivalen (eq/L) larutan; Q : total konsentrasi ekuivalen (eq/L) penukar ion

Page 41: Ion Exchange

Contoh Sebuah resin Amberlite IR-120 dengan kapasitas

pertukaran ion maksimum 4,90 meq/g resin kering, digunakan untuk menghilangkan ion tembaga dari aliran limbah yang mengandung 0,00975M CuS04 (19,5 meq Cu2+ / L larutan). Diameter pertikel resin berkisar antara 0,2 sampai lebih dari 1,2 mm. Reaksi kesetimbangan pertukaran ion reaksi dari divalen-monovalen :

miliekuivalen kation di larutan dan dalam resin tetap konstan. Dan diketahui bahwa data kesetimbangan untuk ion tembaga dengan 19,5 meq/liter larutan :

Page 42: Ion Exchange

Contoh

Hitunglah koefisien selektivitas molar, K, di setiap nilai c untuk Cu2+

Page 43: Ion Exchange

Jawab

c, meq/L larutan

q, meq/g resin

xCu2+ yCu2+ KCu2+,H+

0,022 0,66 0,00113 0,287 0,6350,786 3,26 0,0403 1,417 0,5434,49 4,55 0,230 1,978 1,87710,3 4,65 0,528 2,022 0,615

2 2

2 2Cu Cu

Cu Cu

c qx y

19,5 4,9

C 0,01950,0040

Q 4,9

Page 44: Ion Exchange

Latihan 3 Sebuah resin penukar kation dengan kapasitas pertukaran

ion maksimum 5,90 meq/g resin kering, digunakan untuk menghilangkan ion tembaga dari aliran limbah yang mengandung 0,00975M CuS04 (19,5 meq Cu2+ / L larutan). Diameter pertikel resin berkisar antara 0,2 sampai lebih dari 1,2 mm. Reaksi kesetimbangan pertukaran ion:

miliekuivalen kation di larutan dan dalam resin tetap konstan. Dan diketahui bahwa data kesetimbangan untuk ion tembaga dengan 19,5 meq/liter larutan :

Hitunglah koefisien selektivitas molar, K, di setiap nilai c untuk Cu2+

2 2Cu MgR CuR Mg

Page 45: Ion Exchange

LARGE-SCALE ION EXCHANGE COLUMNS