Penukar Ion (Ion Exchanger)

A.    Resin sebagai Penukar Ion

Resin penukar ion adalah suatu bahan padat yang memiliki bagian (ion positif atau negatif) tertentu yang bisa dilepas dan ditukar dengan bahan kimia lain dari luar.Berdasarkan jenis ion / muatan yang dipertukarkan, resin dapat dibagi menjadi 2 :

1.Resin Penukar Kation adalah Ion positif yang dipertukarkan

2.Resin Penukar Anion adalah Ion negatif yang dipertukarkan

Ion Exchange adalah proses penyerapan ion – ion oleh resin dengan cara Ion-ion dalam fasa cair (biasanya  dengan  pelarut  air)  diserap  lewat  ikatan kimiawi karena bereaksi dengan padatan resin. Resin sendiri melepaskan ion lain sebagai ganti ion  yang  diserap.  Selama operasi  berlangsung setiap ion akan  dipertukarkan  dengan  ion  penggantinya  hingga  seluruh  resin  jenuh dengan ion yang diserap.

Resin penukar ion sering digunakan untuk menghilangkan kesadahan dalam air. Air yang banyak mengandung mineral kalsium  dan  magnesium  dikenal sebagai “air sadah”. Kesadahan air dapat dibedakan atas dua macam, yaitu : 
1. Kesadahan sementara , disebabkan oleh garam-garam karbonat (CO3-) dan bikarbonat (HCO3-) dari kalsium (Ca) dan magnesium (Mg).

2. Kesadahan tetap, disebabkan oleh adanya garam-garam khlorida (Cl-) dan sulfat (SO42-) dari kalsium (Ca) dan magnesium (Mg).

B.     Zeolit sebagai Penukar Ion

 Zeolit merupakan mineral yang banyak terdapat di dalam batuan yang merupakan lapisan tanah sedimen yang terbentuk dari timbunan abu vulkano karena adanya letusan gunung berapi. Terbentuknya di alam sangat bergantung pada lingkungan, umur batuan dan kedalaman dari permukaan tanah, sehingga dapat terjadi zeolit yang jenisnya berlainan terdapat dalam batuan yang sama^[1].

 Zeolit mempunyai sifat yang sangat khas, apabila mengalami dehidrasi, kristal zeolit akan membentuk rongga yang dapat saling berhubungan dan membentuk 1-3 arah sehingga akan terlihat seperti sangkar^[1]. Struktur kristal yang unik ini membuat zeolit mempunyai kemampuan sebagai absorben.

            Karakteristik lainnya adalah dapat mempunyai kemampuan sebagai penukar ion secara sangat selektif untuk ion cesium dan unsur radioaktif lainnya Zeolit merupakan kristal aluminosilikat terhidrasi yang mengandung kation alkali atau alkali tanah dalam kerangka tiga dimensi. Kerangka dasar sturuktur zeolit terdiri dari unit tetrahedral AlO₂ dan SiO₂ yang saling berhubungan melalui atom O, sehingga zeolit mempunyai rumus empiris sebagai berikut x/n Mⁿ⁺[(AlO₂)_x (SiO₂)_y].zH₂O. Komponen pertama M ⁿ⁺ adalah sumber kation yang dapat bergerak bebas dan dapat dipertukarkan secara sebagian atau secara sempurna oleh kation lain ^[2,3] , sehingga sangat baik bila digunakam sebagai bahan penukar ion.

 

    Gambar Pertukaran Ion Zeolit

C.    Proses Ion Exchanger

   Pertukaran ion merupakan suatu proses dimana ion-ion yang terjerap pada suatu permukaan media filter ditukar dengan ion-ion lain yang berada dalam air. Proses ini dimungkinkan melalui suatu fenomena tarik menarik antara permukaan media bermuatan dengan molekul-molekul bersifat polar.

   Apabila suatu molekul bermuatan menyentuh suatu permukaan yang memiliki muatan berlawanan maka molekul tersebut akan terikat secara kimiawi pada permukaan tersebut.  Pada kondisi tertentu molekul-molekul ini dapat ditukar posisinya dengan molekul lain yang berada dalam air yang memiliki kecenderungan lebih tinggi untuk diikat.  Dengan demikian maka proses pertukaran dapat terjadi.  Media yang dapat melakukan proses pertukaran seperti ini diantaranya adalah Zeolit (baik alami atau buatan) dan resin.

 

    Proses pertukaran yang  berlangsung  secara umum mengikuti kaidah-kaidah tertentu. yaitu:

     1. Pertama kation-kation dengan valensi lebih besar akan dipertukarkan terlebih dahulu sebelum kation-kation dengan valensi lebih kecil. Sebagai contoh apabila didalam akuarium kita terdapat besi (ber-valensi 3), kalsium (ber- valensi 2) dan amonium (ber- valensi1 ) dalam jumlah yang sama, maka besi akan teleibh dahulu dijerap oleh zeolite, menyusul kalsium dan terakhir amonium.

    2. Kedua, kation yang konsentrasinya paling tinggi didalam akuarium akan dijerap telebih dahulu walaupun valensi lebihkecil. Sebagai contoh dalam kasus diatas, apabila konsentrasi (jumlah) amonium jauh lebih banyak dibandingkan denga besi dan kalsium, maka sesuai dengan aturan 2, amonium akan cenderung di jerap terlebih dahulu. 

    Dengan proses-proses tersebut diatas maka filter kimia dapat diberlakukan untuk "menjernihkan" air dari paritkel-partikel berukuran molekuler yang tidak bisa diproses secara mekanik atau biologi.  Beberapa hal yang bisa di hilangkan dengan filter kimia diantaranya adalah pengaruh racun, kesadahan, warna dan partikel organik terlarut.

 

      D. Contoh Pengolahan Air di Sebuah Industri Secara Ion Exchanger

            Dalam suatu proses produksi dalam industri, boiler merupakan suatu pembangkit panas yang penting.Sesuai dengan namanya maka fungsi dari boiler ini adalah memanaskan kembali.Dalam suatu proses industri boiler harus dijaga agar effisiensinya cukup tinggi.Oleh sebab itu adalah penting untuk menjaga kualitas air yang diumpankan untuk boiler, karena akan berhubungan dengan effisiensi dari boiler tersebut.

            Air umpan boiler atau Boiler Feed Water nantinya akan dipanaskan hingga menjadi steam.Karena di dalam boiler terjadi pemanasan harus diwaspdai adanya kandungan-kandungan mineral seperti ion Ca2+ dan Mg2+.Air yang banyak mengandung ion Ca2+ dan Mg2+ disebut sebagai air yang sadah (hard water).Ion-ion ini sangat berpengaruh pada kualitas air yang nantinya akan digunakan sebagai umpan boiler.Biasanya ion-ion ini terlarut dalam air sebagai garam karbonat, sulfat, bilkarbonat dan klorida.Berbeda dengan senyawa-senyawa kimia lainnya, kelarutan dari senyawa-senyawa mengandung unsur Ca dan Mg seperti CaCO3, CaSO4,MgCO3, Mg(OH)2, CaCl2,MgCL2, dll ; akan memiliki kalarutan yang makin kecil/redah apabila suhu makin tinggi.Sehingga ketika memasuki boiler, air ini merupakan masalah yang harus segera diatasi.Air yang sadah ini akan menimbulkan kerak(scalling) dan tentu saja akan mengurangi effisiensi dari boiler itu sendiri akibat dari hilangnya panas akibat adanya kerak tersebut.Selain itu yang dikhawatirkan bisa menyebabkan scalling adalah adanya deposit silika.

            Dalam hal ini akan terjadi perbedaan ketika mengolah air untuk dijadikan sebagai air minum dibandingkan dengan untuk umpan boiler.Dalam pengolahan air minum mineral-mineral yang ada dalam air tidak akan dihilangkan karena mineral-mineral tersebut dibutuhkan untuk tubuh manusia.Bahkan ada perusahaan air minum yang menambahkan mineral pada air minum produksinya.Hal itu tidak boleh terjadi dalam pengolahan air untuk umpan boiler.Air minum juga harus dijaga agar bebas dari kuman penyakit dengan diberi desinfektan sedangkan air umpan boiler tidak perlu diberi desinfektan.

           

            Adapun beberapa proses umum yang dilakukan untuk memperoleh air umpan boiler yang baik adalah sebagai berikut:

Contoh kasus dalam pengolahan air untuk umpan boiler di PT.Krakakatu Tirta Industri adalah sebagai berikut:

Air yang diolah berasal dari PT. Krakakatu Tirta Industri yang masih berupa air baku atau air industri. Air baku dari PT. Krakatau Tirta Industri pertama kali disaring dengan gravel filter yang didalamnya terdapat unggun pasir kuarsa sebagai filter. Dalam gravel vilter terjadi pemisahan secara fisika. Air dari garvel filter kemudian dialirkan ke kation exchanger. Ion-ion positif yang terkandung dalam air akan diikat oleh resin-resin kation yang terdapat dalam ion exchanger. Setelah itu air dilewatkan ke CO2 degasifier untuk menghilangkan gas-gas yang terlarut dalam air. Air dari CO2 degasifier diumpankan ke anion exchanger setelah itu dialirkan ke mix-bed filter untuk mengikat ion-ion yang lolos dari kation dan anion exchanger kemudian air deionat ditampung ditangki deionat.Air umpan boiler diolah dari air baku di WTP, sehingga air tersebut dapat memenuhi syarat sebagai air umpan boiler. Kualitas air umpan boiler adalah sebagai berikut:

1.Tampak : Jernih dan tidak berwarna

2.Oksigen : 0.02 mg/liter
3.Kesadahan : Tak terdekteksi (sangat kecil)
4.Besi : 0.02 mg/liter
5.Karbondioksida : Sangat kecil
6.Daya hantar listrik pada 25oC : 0.2 mikroS/cm
7.Angka permanganat : 5
8.Minyak  0.5 mg/l
9.pH pada 250oC : 9
10.Silikat  : 0.02 mg/l