Ion Exchange

ION
Exchange
Softening
Farida Norma Yulia
2314100011
M. Fareid Alwajdy
2314100016
Feby Listyo Ramadhani 2314100089
Fya Widya Irawan
2314100118
ION EXCHANGE
Proses dimana satu bentuk ion dalam senyawa dipertukarkan untuk beberapa
bentuk, kation ditukar dengan kation dan anion ditukar dengan anion.
CONTOH
CONTOH PENUKAR ION
 Proses pengambilan ion kalsium (Ca2+), ion besi (Fe2+) dan ion magnesium
(Mg2+) dari air yang ditukar dengan ion sodium (Na+) dari resin.
 Pemurnian air
 Pemisahan logam
 Pemekatan larutan.
PERTUKARAN ION
CONTOH PENUKAR ION
Resin penukar ion
Zeolit
RESIN PENUKAR ION
 Berupa butiran kristal, seperti pasir bening
 Prinsip kerjanya berupa pertukaran ion
 Resin organik dibuat dengan polimerisasi stirena
((C6H5)-CH=CH2) dan divinil benzene ((CH2=CH-(C6H4)CH=CH2) yang membentuk stirena divinil benzene, suatu
molekul raksasa berberat molekul besar
RESIN PENUKAR ION
PRINSIP
PERTUKARAN ION
Adsopsi
 Proses penyerapan dimana komponen tertentu dari zat terlarut
ditransfer selektif ke bahan insoluble dalam suatu wadah yang
dikemas dalam kolom
Pertukaran Ion
 Melibatkan transfer massa dari larutan ke fasa padatan
 Ion fase larutan ditransfer ke fasa padatan (sorbent) hingga
sorbent menjadi jenuh atau hampir jenuh
 Ion yang dipindahkan dari larutan dipindahkan ke ion exchanger
sehingga terjadi elektronetralitas
 Untuk meregenerasinya dilakukan desorb (pelepasan kembali)
PRINSIP
PERTUKARAN ION
PRINSIP
PERTUKARAN ION
Reaksi Penukaran dan Regenerasi
 Reaksi penukaran ion R-H pada resin :
Atom H pada R-H dapat ditukar oleh Na karena Na+ (pada
konsentrasi sama) mempunyai afinitas yang lebih besar dengan
reaksi
R-H + Na+  R-Na + H+
Dan Na pun dapat diganti oleh Ca2+ (lihat peraturan 1)
 Reaksi penukaran anion juga dapat terjadi :
R-OH + Cl-  R-Cl + OHR-Cl + NO3-  R-NO3- + Cl
MEKANISME
PERTUKARAN ION
 Resin mengandung kation B+ ditukar dengan kation A+ dalam
larutan
 Kation A+ dan B+ akan terdisfusi karena perbedaan konsentrasi
antara resin dan larutan
Reaksi Pertukaran Ion
A+ + R- B+  B+ + R- A+
Pertukaran ion akan berlangsung hingga kesetimbangan dicapai
BENTUK RESIN
BENTUK PENUKAR
PENUKAR ION
ION
Resin penukar kation asam kuat (R-SO3H)
Resin penukar kation asam lemah (R-COOH)
Resin penukar anion basa kuat (R-R3N*OH-)
Resin penukar anion basa lemah (R-NH2 – atau R-R’NH)
JENIS JENIS PENUKAR
ION
Tipe
resin
Gugus
fungsi
Nama
dagang
Selektivitas
Kation:
Asam
kuat
Asam sulfonat:
R-SO3-H+
Permutit Q
Purolit C-100
Duolite C-20
Dowex 50
AmberliteIR -120
Ag+>Rb+>Cs+>K+>NH4+>Na+>H+
> Li+
Zn2+ > Cu2+ > Ni2+ > Co2+
Kation :
Asam
lemah
Asam karboksilat:
R-COO-H+
Permutit H-70
Amberlit IRC-50
H+ >>Ag+> K+ >Na+>Li+.
H+>>Fe2+>Ba2+>Sr2+> Ca2+ >
Mg2+
Anion:
Basa
kuat
Ion amonium
kuartener:
[R-CH2N(CH3)3]+Cl-
Dowex-1/SBR-P
Permutit S-1
Amberlite IRA400
Purolite A-400
I->fenolat>HSO4->ClO3->NO3->Br> CN->HSO3->NO2->Cl->HCO3>IO3->HCOO->CH3COO->OH->I-
Gugus amine:
[R-NH(R)2]+Cl-
Dowex-3
Permutit W
Amberlite IR-45
R-SO3H>sitrat>CrO3>H2SO4>tatrat>oksalat>H3PO4>H
3AsO4>HNO3>HI>HBr>HCl>HF>
HCOOH>CH3COOH>H2CO3
Anion:
Basa
lemah
FAKTOR-FAKTOR PEMILIHAN RESIN
BENTUK PENUKAR
PENUKAR ION
ION
Kapasitas penukar
Selektivitas tergantung ukuran ion, muatan, strukturnya
Ukuran partikel dan distribusi ukuran
Stabilitas kimia dan fisika
Regenerasi
TAHAPAN OPERASI SISTEM PERTUKARAN ION
 Tahap layanan (service), tahap dimana
terjadi pertukaran kation atau anion.
 Tahap pencucian balik (backwash),
tahap yang dilakukan apabila resin
mencapai titik jenuh.
 Tahap regenerasi, operasi penggantian
ion awal yang terserap dengan ion yang
semula berada dalam matriks resin dan
pengembalian tingkat ke kapasitas awal.
 Tahap pembilasan, menghilangkan larutan
regenerasi yang di terperangkap oleh resin.
TAHAPAN OPERASI SISTEM PERTUKARAN ION
1.In service
2. Backwash
4. Anion
Regeneration
5. Rinse
3. Cation
Regeneration
Caustic
7. Air Mix
8. Refill
6. Drain
9. Rinse
TAHAPPENUKAR
REGENERASI ION EXCHANGE
BENTUK
ION
Backwa
sh
Slow
rinse
Fast
rinse
Keterangan:
 Backwash, yaitu mengalirkan air bersih ke arah
berlawanan melalui tangki kation atau anion sampai air
keluarannya bersih
 Slow rinse, yaitu mengalirkan air pelan-pelan untuk
menghilangkan regeneran dalam resin
 Fast rinse, yaitu membilas unit dengan laju yang
lebih cepat untuk menghilangkan sisa regeneran
sebelum operasi.
Faktor yang mempengaruhi pertukaran ion:
1.
2.
3.
4.
5.
pH
Kecepatan alir
Konsentrasi ion terlarut
Tinggi / jumlah media penukar ion
Suhu
Faktor yang mempengaruhi kerusakan resin:
1.
2.
3.
Oksidasi (khususnya oleh Cl2 dan ozon)
Fouling
Aliran air/larutan yang tinggi dan tekanan terus menerus.
MODEL KOLOM RESIN
1. Sistem satu kolom
(single bed)
2. Sistem satu kolom
(mixed bed)
3. Sistem dua kolom
(double bed)
MODEL KOLOM RESIN
4. Sistem kombinasi
Keunggulan Ion Exchange
1.
2.
3.
4.
5.
Mengurangi/menghilangan unsur inorganik dengan baik
Bisa diregenerasikan kembali
Dapat digunakan flowrate/debit yang berfluktuasi
Jenis resin yang bervariasi, setiap jenis resin dapat digunakan untuk
menghilangkan unsur/kontaminan tertentu
Untuk kualitas air baku dengan TDS <500 ppm merupakan pilihan dan
operasi lebih murah
Kekurangan Ion Exchange
1.
2.
3.
4.
5.
Semakin tinggi TDS semakin tinggi biaya operasional
Tidak menghilangkan partikel, bakteri dan pyrogen
Diperlukan pretreatment untuk hampir setiap bahan baku
Sensitif terhadap keberadaan unsur lain dengan polaritas yang hampir
sama
Media resin berpotensi menjadi tempat berkembang biak bakteri
APLIKASI : water softening
Pertukaran ion melibatkan penukar
kation, di mana reaksi berikut terjadi
untuk menggantikan ion kalsium
dengan ion natrium.
APLIKASI : demineralisasi
1. Resin penukar kation (H+)
untuk ion kation seperti K+,
Ca2+, Na+.
2. Resin penukar anion (OH-)
seperti ion Cl-, PO42-. Ion-ion
hidrogen dan hidroksil yang
masuk ke air bergabung
membentuk air.
ZeOLit
Memiliki rumus
Na2(Al2SiO3O10 . 2H2O) atau
K2(Al2SiO3O10 . 2H2O)
Ion Ca2+ , Mg2+ atau Fe3+
akan menggantikan Na+
Ion Na+ lebih lemah
berikatan dengan zeolite
daripada Ca2+ , Mg2+ atau
Fe3+
Proses pertukaran ion :
Na2Z(s) + Ca2+
CaZ(s) +
(aq)
2Na+ (aq)
Na-zeolite
Ca
zeloit
Regenerasi :
CaZ + 2 NaCl  Na2Z + CaCl2
Pertanyaan
• Rieza
Perbedaan single bed dengan mixed bed apa?
Jawaban : single bed menghasilkan air lunak, mixed bed menghasilkan air
demin
• M. Rifqi Aqil
Fouling itu apa?
Fouling merupakan pengotor
• Nicholas
Apa indikasinya jika resin sudah tidak dapat lagi digunakan?
Air tetap sadah. Biasanya air kembali menjadi sadah ketika telah 3-5 bulan.