PEMISAHAN UNSUR-UNSUR LOGAM TANAH JARANG DARI PASIR MONASIT BANGKA DENGAN METODE SOLVENT IMPREGNATED RESIN (SIR) DISERTASI

Transkripsi

1 PEMISAHAN UNSUR-UNSUR LOGAM TANAH JARANG DARI PASIR MONASIT BANGKA DENGAN METODE SOLVENT IMPREGNATED RESIN (SIR) DISERTASI Karya tulis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Doktor dari Institut Teknologi Bandung Oleh IBNU KHALDUN NIM : (Program Studi Kimia) INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2009

2 ABSTRAK PEMISAHAN UNSUR-UNSUR LOGAM TANAH JARANG DARI MINERAL MONASIT BANGKA DENGAN METODE SOLVENT IMPREGNATED RESIN (SIR) Oleh IBNU KHALDUN NIM : Pasir monasit merupakan salah satu bahan alam berharga karena mengandung unsur logam tanah jarang (LTJ) khususnya lantanida ringan. LTJ digunakan dalam berbagai bidang, seperti: optik, magnetik, elektronik, keramik, gelas, metalurgi dan katalis. Di Indonesia, monasit terdapat di sepanjang pantai kepulauan Bangka, Belitung dan Singkep. Monasit yang digunakan dalam penelitian ini diperoleh dari pulau Bangka sebagai produk hasil samping penambangan timah. Pemisahan unsur LTJ biasanya dikerjakan dengan ekstraksi pelarut atau penukar ion. Namun, teknik ekstraksi pelarut dan penukar ion memiliki beberapa keterbatasan. Ekstraksi pelarut masih membutuhkan banyak tahap ekstraksi dan ekstraksi balik untuk mendapatkan pemisahan optimum. Selain itu, limbah cair yang dihasilkan dari ekstraksi pelarut dapat menimbulkan polusi lingkungan. Keterbatasan dari resin penukar ion, yaitu selektifitas pemisahan dan kapasitas sorpsinya rendah terhadap unsur-unsur LTJ. Pada tahun 1971, Warshawsky memperkenalkan metode impregnaasi secara fisik yang dikenal dengan metode solvent impregnated resins (SIR) untuk pemisahan ion-ion logam. Metode SIR telah digunakan untuk perolehan kembali ion-ion logam atau senyawa organik, pemekatan ion-ion logam dalam jumlah renik dan juga untuk menyingkirkan ion-ion logam berbahaya, seperti kadmium, air raksa dan krom(vi). Penelitian ini bertujuan untuk mempelajari pemisahan ion-ion La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) dengan metode SIR dari medium nitrat menggunakan asam di-(2-etilheksil) posfat (D 2 EHPA) dan tributilposfat (TBP) sebagai ekstraktannya dan Amberlite XAD16 sebagai polimer pendukung. Senyawa D 2 EHPA adalah ekstraktan ion logam yang banyak digunakan dalam ekstraksi pelarut untuk pemisahan berbagai ion logam. Namun, belum banyak dilakukan penelitian yang berkenaan dengan pemisahan LTJ menggunakan metode solvent impregnated resin. Adsorpsi ion-ion LTJ(III) oleh D 2 EHPA/TBP(3:1) yang diimpregnasikan ke dalam resin XAD16 dipelajari dengan metode bertahap dan metode kolom. Faktor-faktor yang mempengaruhi adsorpsi LTJ(III) pada metode bertahap, yaitu proses impregnasi, nilai ph, waktu kontak, konsentrasi ion-ion logam, dan perbandingan rasio volume larutan dan massa resin (V/m). Sementara itu, ii

3 pengaruh laju alir eluen, jenis eluen, dan konsentrasi eluen diteliti dengan metode kolom. Impregnasi ekstraktan TBP, D 2 EHPA/TBP(3:1) dan D 2 EHPA ke dalam resin Amberlite XAD16 dipelajari dengan metode basah dan metode kering. Impregnasi resin yang mengandung beberapa ekstraktan dibuat sebanyak empat jenis (ekstraktan/resin; % b/b): 10/90, 20/80, 50/50, dan 60/40. Persen sorpsi meningkat dengan meningkatnya rasio massa ekstraktan-resin untuk TBP dan D 2 EHPA menggunakan kedua proses impregnasi tersebut. Kapasitas sorpsi resin Amberlite XAD16 yang dibuat dengan metode kering pada rasio ekstraktan/resin 50/50 untuk TBP, D 2 EHPA/TBP(3:1) dan D 2 EHPA, secara berturut-turut 811 mg/g, 660 mg/g, dan 700 mg/g. Sementara itu, kapasitas sorpsi resin Amberlite XAD16 yang dibuat dengan metode basah diperoleh secara berturutturut 640 mg/g, 620 mg/g, dan 650 mg/g. Terlihat jelas bahwa proses impregnasi dengan metode kering lebih baik dari pada metode basah. Adsorpsi ion-ion LTJ(III) pada resin impregnasi dalam medium nitrat dipelajari dari ph 2,2 sampai 3,4. Teramati bahwa adsorpsi La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) pada resin impregnasi rendah dalam larutan asam dan cenderung meningkat dengan meningkatnya ph. Pengaluran log D terhadap ph pada kondisi kesetimbangan memperlihatkan garis lurus dengan kemiringan 3 ± 0,2. Adsorpsi maksimum ion-ion tersebut tercapai pada ph 3,2. Selektivitas adsorpsi LTJ(III) oleh resin yang diimpregnasikan D 2 EHPA/TBP(3:1) mengikuti orde Gd > Sm > Nd > Pr > Ce > La. Urutan tersebut mengikuti orde nomor atomnya dan sesuai dengan hasil ekstraksi pelarut. Pengaruh waktu kontak pada kinetika adsorpsi La(III), Nd(III), dan Gd(III) oleh resin XAD16 yang diimpregnasi dengan D 2 EHPA; dan kinetika adsorpsi La(III) oleh resin XAD16 yang diimpregnasi dengan D 2 EHPA/TBP(3:1) dipelajari sebagai fungsi waktu kontak pada rentang 1 60 menit. Adsorpsi ion-ion logam meningkat dengan meningkatnya waktu kontak dan tercapai kesetimbangan setelah 30 menit. Dari data kinetika menunjukkan bahwa tidak terdapat perubahan berarti terhadap rasio distribusi setelah 30 menit waktu kontak. Model kinetika yang digunakan untuk mengevaluasi data laju adsorpsi yaitu model kinetika Lagergren orde pseudo-satu dan orde pseudo-dua. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa model kinetika orde pseudo-dua berkorelasi baik dengan data penelitian. Kapasitas resin impregnasi D 2 EHPA-XAD16 untuk La(III), Nd(III), dan Gd(III) berturut-turut sebesar 14,86 mg/g, 14,88 mg/g, dan 14,43 mg/g. Sementara itu, kapasitas impregnasi untuk La(III) oleh resin impregnasi D 2 EHPA/TBP(3:1)-XAD16 sebesar 14,86 mg/g. Pengaruh rasio V/m pada adsorpsi La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) dipelajari pada suhu kamar. Rasio V/m divariasikan antara 50 ml/g ml/g untuk mendapatkan nilai optimum dari V/m yang dapat digunakan untuk memperoleh kapasitas adsorpsi tertinggi. Ditemukan bahwa persen adsorpsi ion-ion tersebut stabil antara 50 ml/g hingga 100 ml/g dan iii

4 menurun dengan meningkatnya V/m dari 100 ml/g hingga 400 ml/g. Untuk penelitian selanjutnya, rasio V/m dipertahankan pada 100 ml/g. Pengaruh konsentrasi ion La(III) ( mg/l) dipelajari pada ph 3,2. Ditemukan bahwa adsorpsi maksimum La(III) pada konsentrasi 150 mg/l dan berangsur-angsur menurun dengan meningkatnya konsentrasi ion logam. Kapasitas adsorpsi resin XAD16 yang diimpregnasi dengan D 2 EHPA/TBP(3:1); D 2 EHPA; dan TBP untuk ion La(III) berturut-turut sebesar 14,25 mg/g, 9,30 mg/g, dan 8,26 mg/g. Isoterm adsorpsi dari La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) pada resin XAD16 yang diimpregnasi dengan D 2 EHPA/TBP(3:1) pada suhu kamar dan di bawah kondisi optimum mengikuti isoterm adsorpsi Freundlich dan Langmuir. Kecepatan laju alir eluen lebih besar dari 1,0 ml/menit menurunkan perolehan kembali La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) akibat dari berkurangnya kontak antara eluen dan ion-ion logam yang teradsorpsi pada resin impregnasi. Jadi, laju alir eluen dalam penelitian ini dipertahankan pada 1,0 ml/menit. Efisiensi dari eluen yang berbeda (HCl, H 2 SO 4, HNO 3, dan CH 3 COOH) pada konsentrasi 1,0 M untuk perolehan kembali LTJ(III) dari kolom telah dipelajari. Perolehan kembali LTJ(III) oleh eluen HCl, H 2 SO 4, HNO 3, dan CH 3 COOH berturut-turut, yaitu 97,0 %, 95,12 %, 97,16 %, dan 37,75 %. Terlihat dengan jelas bahwa hampir tidak mungkin memisahkan campuran LTJ(III) melalui prosedur sorpsi dan elusi sederhana. Namun, LTJ(III) dapat dipisahkan secara individu dari larutan dengan cara mengubah konsentrasi HNO 3 secara bertahap antara 0,05 1,1 M pada saat dielusi. Kemurnian La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) dari sampel sintetis menggunakan metode pemisahan yang dikembangkan, berturut-turut sebesar 98,3 %; 90,8 %; 91,4 %; 97,4 %; 75,6 %; dan 97,4 % dan LTJ yang didapatkan berturut-turut sebesar 85,5 %; 71,8 %; 60,4 %; 57,8 %; 46,0 %; dan 88,3 %. Bila metode ini diaplikasikan pada sampel monasit, kemurnian La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) diperoleh berturut-turut sebesar 93,3 %; 90,3 %; 90,5 %; 97,3 %; 44,6 %; dan 99,5 % dan LTJ yang didapatkan berturut-turut sebesar 87,3 %; 59,1 %; 82,9 %; 60,3 %; 44,7 %; dan 92,5 %. Kata kunci: Monasit, Solvent Impregnated Resin, Logam Tanah Jarang. iv

5 ABSTRACT SEPARATION OF RARE EARTH ELEMENTS FROM MONAZITE SAND OF BANGKA BY SOLVENT IMPREGNATED RESIN (SIR) By IBNU KHALDUN NIM : Monazite sand is one of the most important natural geological materials because it contain rare earth elements (REEs) especially the light lanthanides. REEs have been used in many subject such as optics, magnetism, electronics, ceramics, catalysts, and metallurgy. In Indonesia, monazite is mostly found in beach sands around the coastal belt of Bangka, Belitung and Singkep islands. Monazite used in this study was obtained from Bangka island as by-product of tin mining. The separation of REEs is usually carried out by solvent extraction or ion exchange. Extraction and ion exchange technique have several limitations. Extraction technique still need multistage extraction and back-extraction to get optimum separation. In addition, liquid waste disposal from extraction can cause environmental pollution. The limitations of ion exchange resins are mainly due to its lower extraction selectivity for rare earth elements and poor metal sorption capacity. In 1971, Warshawsky proposed physical impregnation method known as solvent impregnated resins (SIR) method for separation of metal ions. SIR method has been used in metal or organic compounds recovery, pre-concentration of trace metal ions and also for removal of hazardous metal ions such as cadmium, mercury, and chromium(vi). The present work aim to study separation of La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), and Gd(III) from nitrate media with the use of di-(2-ethylhexyl) phosphoric acid (D 2 EHPA) and tributylphosphate (TBP) as extractants and Amberlite XAD16 as a polymeric support. D 2 EHPA is a metal-ion extractant widely used in solvent extraction for separation of various kinds of metal ions. However, there is not many work has been conducted on REEs separation by solvent impregnated resins. Adsorption of REEs(III) by D 2 EHPA/TBP(3:1) impregnated in XAD16 resin has been studied by batch method and column method. The factors affecting the adsorption of REEs(III) by batch method, are impregnation process, ph value, contact time, metal ions concentration, and solution volum to resin mass (V/m) v

6 ratio. Meanwhile, effects of eluent flow rate, types of eluents and concentrations of eluents have been investigated by column method. Impregnation of TBP, D 2 EHPA/TBP(3:1) and D 2 EHPA extractants in Amberlite XAD16 resins have been studied by wet and dry methods. The impregnated resins containing various amounts of extractants have been prepared at four different impregnation ratios (extractant/resin; w/w %): 10/90, 20/80, 50/50, and 60/40. Sorption percentages increase with the increase of extractant-resin mass ratio for TBP and D 2 EHPA using both impregnation process. The sorption capacity of Amberlite XAD16 resin prepared by the dry method with a 50/50 extractant/resin mass ratio for TBP, D 2 EHPA/TBP(3:1) and D 2 EHPA were 811 mg/g, 660 mg/g, and 700 mg/g resin, respectively. Meanwhile, sorption capacity of Amberlite XAD16 resins prepared by wet method ware found to be 640 mg/g, 620 mg/g, and 650 mg/g resin, respectively. It is clear that dry impregnation method is better than wet impregnation method. Adsorption of REEs(III) on impregnated resin in nitrate medium was studied in ph range of 2.2 to 3.4. It was observed that the adsorption of La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), and Gd(III) on the impregnated resin is low in acidic solutions and tend to increase with the increase of ph. Plots of log D against ph at equilibrium condition give straight lines with slopes of 3 ± 0.2. The maximum adsorption of these ions was obtained at ph 3.2. The selectivity order of REEs(III) adsorption by D 2 EHPA/TBP(3:1)-impregnated resin is as follows: Gd > Sm > Nd > Pr > Ce > La. This order follows the order of atomic number, and agrees with solvent extraction results. The effect of contact time on adsorption kinetic of La(III), Nd(III), and Gd(III) on XAD16 resin impregnated by D 2 EHPA; and adsorption kinetics of La(III) on XAD16 impregnated by D 2 EHPA/TBP(3:1) were studied as a function of contact time in the range of 1 to 60 minutes. The adsorption of metal ions increased with time and attained its equilibrium after 30 minutes. The kinetic data indicate that there are no significant changes in the distribution ratio after 30 minutes of contact time. The kinetic models used to evaluate adsorption rate data were pseudo-first and pseudo-second order Lagergren s kinetic models. Results shows that pseudosecond order model was found to fullfil experimental data. The capacity of the D 2 EHPA- XAD16 impregnated resin for La(III), Nd(III), and Gd(III) was mg/g, mg/g, and mg/g, resvectively. Meanwhile, XAD16 impregnated by D 2 EHPA/TBP(3:1) has capacity of mg/g for La(III). The effects of V/m ratio on the adsorption of La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), and Gd(III) were studied at room temperature. The ratios were varied in the range of 50 to 400 ml/g to find the optimum value of V/m that can be used to obtain high adsorption capacity. It was found that percent adsorption of these ions remain constant between 50 ml/g to100 ml/g and decrease with increasing of V/m from 100 ml/g to 400 ml/g. In the subsequent experiment V/m ratio was kept at 100 ml/g. vi

7 The effects of La(III) ion concentration ( mg/l) were studied at ph value of 3.2. It was found that maximum adsorption of La(III) was obtained at concentration of 150 mg/l and a gradual decrease in the adsorption was observed with the increase of metal ion concentration. The maximum loading capacity of XAD16 resin impregnated with D 2 EHPA/TBP(3:1); D 2 EHPA; and TBP for La(III) ion were mg/g, 9.30 mg/g, and 8.26 mg/g, respectively. Adsorption isotherm of La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), and Gd(III) on D 2 EHPA/TBP(3:1) impregnated onto XAD16 resin at room temperature under the optimum conditions were found to follow Freundlich and Langmuir adsorption isotherm. Eluent flow rates greater than 1.0 ml/minute decreased the recovery of La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), and Gd(III) due to insufficient contact between the eluent and the ions adsorbed on the impregnated resin. Hence 1.0 ml/minute flow rate was maintained throughout the studies. Efficiency of different eluents (HCl, H 2 SO 4, HNO 3 and CH 3 COOH) at concentration of 1.0 M for REEs(III) recovery from packed column has been studied. Recoveries of REEs(III) by HCl, H 2 SO 4, HNO 3, and CH 3 COOH eluent were 97.0 %, %, %, and %, respectively. It was clear that almost impossible to separate REEs(III) mixture in a simple sorption and elution step. However, REEs(III) can be individually separated from leached solution by changing HNO 3 concentration in the range of M in the elution step. The purities of La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), and Gd(III) obtained from synthetic sample using the developed separation method were 98.3 %; 90.8 %; 91.4 %; 97.4 %; 75.6 %; and 97.4 %, respectively, and the yields were 85.5 %; 71.8 %; 60.4 %; 57.8 %; 46.0 % and 88.3 %, respectively. When the method was applied to monazite sample, the purity of La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), and Gd(III) were 93.3 %; 90.3 %; 90.5 %; 97.3 %; 44.6 %; and 99.5 %, respectively and yields were 87.3 %; 59.1 %; 82.9 %; 60.3 %; 44.7 %, and 92.5 %, respectively. Keywords: Monazite, Solvent Impregnated Resin, Rare Earth Element. vii

8 PEMISAHAN UNSUR-UNSUR LOGAM TANAH JARANG DARI PASIR MONASIT BANGKA DENGAN METODE SOLVENT IMPREGNATED RESIN (SIR) Oleh Ibnu Khaldun NIM : (Program Studi Kimia) Institut Teknologi Bandung Menyetujui Tim Pembimbing Tanggal 17 Oktober 2009 Ketua (Prof. Dr. Buchari) Anggota Anggota (Dr. Muhammad Bachri Amran) (Dr. Aminudin Sulaeman) viii

9 PEDOMAN PENGGUNAAN DISERTASI Disertasi Doktor yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, dan terbuka untuk umum dengan ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang dengan mengikuti aturan HaKI yang berlaku di Institut Teknologi Bandung. Referensi kepustakaan diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau peringkasan hanya dapat dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh disertasi haruslah seizin Direktur Program Pascasarjana, Institut Teknologi Bandung. ix

10 Dan seandainya pohon-pohon di bumi menjadi pena dan laut (menjadi tinta), ditambahkan kepadanya tujuh laut (lagi) sesudah (kering) nya, niscaya tidak akan habis-habisnya (dituliskan) kalimat Allah. Sesungguhnya Allah Maha Perkasa lagi Maha Bijaksana (Lukman- :27) Untuk... Anak-anakku tercinta, Putri Nabilah, Ahmad Farhan dan Muhammad Nafil Rizqullah serta istriku tersayang Juariah dan Ayahanda Muhammad Ilyas serta Ibunda Kamaliah yang terkasih. x

11 UCAPAN TERIMA KASIH Alhamdulillah, dengan segala rahmat dan hidayah Allah SWT, akhirnya penulis dapat menyelesaikan seluruh rangkaian studi, penelitian dan penulisan disertasi ini. Disertasi ini merupakan hasil penelitian yang dilakukan antara Oktober Juni 2009 di Laboratorium Kimia Analitik Program Studi Kimia FMIPA, ITB Bandung. Keberhasilan seluruh rangkaian studi, penelitian dan penulisan disertasi ini, tidak terlepas dari bantuan, kontribusi dan dukungan berbagai pihak baik secara institusi maupun secara personal. Penulis menyampaikan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada Bapak Prof. Dr. Buchari selaku ketua Promotor atas segala bimbingan, saran, nasehatnya kepada penulis selama melakukan penelitian hingga selesainya disertasi ini. Ucapan terimakasih yang sebesar-besarnya juga disampaikan kepada Bapak Dr. Muhammad Bachri Amran dan Bapak Dr. Aminudin Sulaeman selaku anggota promotor, atas segala bantuan, bimbingan, saran dan nasehatnya kepada penulis selama mengikuti program doktor ini. Terimakasih pula kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis dalam penyelesaian program doktor, yaitu kepada: 1. Direktorat Pendidikan Tinggi (DIKTI) atas pemberian BPPs kepada penulis selama 3 tahun. 2. Rektor dan Dekan sekolah pascasarjana ITB yang telah memberikan kesempatan dan bantuan kepada penulis selama program doktor. 3. Dekan dan seluruh staf FMIPA-ITB yang telah membantu dan mendukung penulis selama mengikuti program doktor. 4. Ketua Program Studi Kimia FMIPA ITB dan seluruh staf, Ketua dan staf KK Analitik FMIPA ITB, Kepala Laboratorium Kimia Analitik yang telah membantu menyediakan fasilitas kepada penulis selama mengikuti program doktor ini. xi

12 5. Rektor Universitas Syiah Kuala dan Dekan FKIP Universitas Syiah Kuala atas kesempatan dan izin belajar yang diberikan untuk mengikuti program doktor di ITB. 6. Rekan-rekan sejawat di Jurusan Kimia FKIP Unsyiah. 7. Gubernur Nanggroe Aceh Darussalam beserta staf, atas bantuan dana penelitian NAD dan beasiswa BRR yang diberikan kepada penulis selama ini. 8. Rekan-rekan seperguruan di Laboratorium Kimia Analitik yaitu Bapak Dr. Suyanta, Ibu Dr. Muji Harsini, Dr. Abdul Haris Watoni, Dr. Aman Sentosa Panggabean, Nikmans Hattu, M.Si, Drs. Pirim Setiarso,M.Si, Dr. Noor Fitri, Irdhawati, M.Si, Anceu Murniati, M.Si, Sri Widarti, S.Si,MT, Rusnadi, M.Si, Henry Setianto, M.Si, Deden Saprudin, M.Si dan Aladin Sianipar, M.Si. Terimakasih atas bantuan, dukungan, juga kebersamaan serta canda tawanya selama ini. 9. Staf di Laboratoroium Kimia Analitik yang sangat besar jasanya membantu penulis dalam penelitian, yaitu: Bapak Dede Suhendar, Bapak Sukawi, Bapak Lanang Solakhudin, Bapak Sudrajat, Bapak Encu Supriatna, Ibu Oentari dan Ibu Wisye. Juga kepada Bapak Suwandi, Bapak Aep dan Ibu Sony. Terimakasih atas bantuannya selama ini. 10. Istri dan ketiga anakku tercinta (Putri Nabilah, Ahmad Farhan dan Muhammad Nafil Rizqullah), merupakan karunia dan motivasi terbesar dalam penyelesaian disertasi ini. 11. Semua pihak baik secara institusi maupun individu yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu. Terimakasih atas bantuan dan dukungannya. Akhirnya penulis berharap semoga disertasi ini bermanfaat bagi kemajuan ilmu pengetahuan, khususnya ilmu kimia di bidang analitik. xii

13 DAFTAR ISI ABSTRAK... ii ABSTRACT... v PEDOMAN PENGGUNAAN DISERTASI... ix HALAMAN PERSEMBAHAN... x UCAPAN TERIMAKASIH... xi DAFTAR ISI... xiii DAFTAR LAMPIRAN... xvii DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI... xviii DAFTAR TABEL... xx DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG... xxii Bab I Pendahuluan Deskripsi Topik dan Latar Belakang Penelitian Masalah Penelitian Batasan Masalah Penelitian Tujuan Penelitian Hipotesis Penelitian Pelaksanaan Penelitian Secara Garis Besar Sistematika Disertasi... 7 Bab II Tinjauan Pustaka... 8 II.1 Monasit... 8 II.2 Logam Tanah Jarang II.2.1 Pemisahan Unsur LTJ II.2.2 Kegunaan Unsur LTJ II.3 Solvent Impregnated Resin (SIR) II.3.1 Ekstraktan II.3.2 Ligan D 2 EHPA dan TBP II.3.3 Bahan Polimer Pendukung II.4 Metode Preparasi SIR II.4.1 Metode Kering II.4.2 Metode Basah xiii

14 II.4.3 Metode Adisi Termodifikasi II.4.4 Metode Kolom Dinamik II.5 Adsorpsi Ion-ion Logam dalam SIR II.5.1 Faktor Pemisahan II.5.2 Efek Sinergis II.6 Isoterm Adsorpsi II.6.1 Isoterm Freundlich II.6.2 Isoterm Langmuir II.7 Kinetika Sorpsi LTJ dalam SIR II.7.1 Reaksi orde pseudo-satu II.7.2 Reaksi orde pseudo-dua Bab III Metodologi Penelitian III.1 Deskripsi Cara Penelitian III.2 Persiapan Penelitian III.2.1 Alat dan Bahan III.2.2 Penyiapan Larutan III.3. Preparasi Impregnasi Resin III.3.1. Memurnikan Resin Amberlite-XAD III.3.2 Impregnasi Resin dengan Metode Basah (wet method).. 32 III.3.3 Impregnasi Resin dengan Metode Kering (dry method). 32 III.4 Karakterisasi Solvent Impregnated Resin III.4.1 Penentuan Kapasitas Resin Terhadap Ekstraktan III.4.2 Penentuan Stabilitas Resin III.4.3 Analisis Morfologi SIR dengan SEM III.4.4 Analisis Gugus Fungsi dengan FT-IR III.5 Penentuan Konsentrasi Ion LTJ(III) III.5.1 Penentuan Konsentrasi Ion LTJ(III) Dengan Spektrofotometri UV/Vis III.5.2 Penentuan Konsentrasi Ion LTJ(III) dengan ICP-MS.. 35 III.6 Destruksi Pasir Monasit III.7 Adsorpsi Ion Logam dengan Metode Bertahap (Batch Methods) III.7.1 Pengaruh ph Larutan xiv

15 III.7.2 Pengaruh Waktu Kontak dan Komposisi Ekstraktan III.7.3 Pengaruh Rasio Volume Larutan dan Berat SIR (V/m) 38 III.7.4 Pengaruh Konsentrasi Ion La(III) dan Jenis Ekstraktan 39 III.8 Pemisahan Ion-Ion LTJ(III) dengan Metode Kolom (Column Methods) III.8.1 Persiapan Kolom III.8.2 Pengaruh Laju Alir Eluen III.8.3 Pengaruh Konsentrasi Eluen III.8.4 Pemisahan Ion LTJ(III) Tunggal dan Campuran Secara Kolom Bab IV Hasil dan Pembahasan IV.1 Kapasitas Adsorpsi Resin Hasil Impregnasi IV.2 Karakterisasi Solvent Impregnated Resin IV.2.1 Stabilitas Solvent Impregnated Resin IV.2.2 Analisis Morfologi SIR dengan SEM IV.2.3 Analisis Gugus Fungsi dengan FT-IR IV.3 Destruksi Pasir Monasit IV.4 Adsorpsi Ion Logam dengan Metode Bertahap (Batch Methods) IV.4.1 Pengaruh ph Larutan IV Faktor Pemisahan IV Efek Sinergis IV.4.2 Pengaruh Waktu Kontak dan Komposisi Ekstraktan IV Model Kinetika Orde Pseudo-Satu IV Model Kinetika Orde Pseudo-Dua IV.4.3 Pengaruh Rasio Volume Larutan dan Berat SIR (L/g). 60 IV.4.4 Pengaruh Konsentrasi Ion La(III) IV.5 IV Isoterm Adsorpsi IV Isoterm Adsorpsi Freundlich IV Isoterm Adsorpsi Langmuir Pemisahan Ion-Ion LTJ dengan Metode Kolom (Column Methods) IV.5.1 Pengaruh Laju Alir Eluen xv

16 IV.5.2 Pengaruh Jenis Eluen IV.5.3 Pemisahan Ion-Ion LTJ(III) Tunggal Secara Kolom IV.5.4 Pemisahan Campuran Ion-Ion LTJ(III) Secara Kolom.. 69 Bab V Kesimpulan dan Saran V.1 Kesimpulan V.2 Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN RIWAYAT HIDUP xvi

17 DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Data Hasil Pengukuran Preparasi SIR Lampiran B Data Hasil Pengukuran Penentuan Stabilitas SIR Lampiran C Pengaruh ph Larutan Lampiran D Pengaruh Waktu Kontak dan Perbandingan Rasio Ekstraktan/Resin Lampiran E Data Hasil Perhitungan Penentuan Model Kinetika Lampiran F Pengaruh Rasio Volume Larutan dan Berat Resin Lampiran G Lampiran H Lampiran I Lampiran J Lampiran K Lampiran L Lampiran M Lampiran N Pengaruh Konsentrasi Ion La(III) Terhadap Persen Adsorpsi Data Hasil Perhitungan Untuk Penentuan Isoterm Adsorpsi Data Komposisi Oksida dan Unsur-unsur Dalam Sampel Monasit Bangka Data Hasil Pengukuran Pengaruh Laju Alir Eluen Terhadap Kapasitas Resin Data Hasil Pengukuran Pengaruh Jenis Eluen Terhadap Persen Recovery Ion-Ion LTJ(III) Data Absorbansi Hasil Pengukuran Pada Pemisahan Masing-masing Ion LTJ(III) Melalui Kolom Data Hasil Pengukuran pada Pemisahan Ion-ion LTJ(III) dari Sampel Monasit dan Sampel Sintetis Melalui Kolom Gambar alat untuk metode bertahap (batch) dan metode kolom xvii

18 DAFTAR GAMBAR DAN ILUSTRASI Gambar II.1 Mekanisme adsorpsi ion-ion LTJ(III) dalam SIR Gambar II.2 Struktur kimia senyawa (a) D 2 EHPA dan (b) TBP Gambar II.3 Struktur kimia Amberlite-XAD Gambar II.4 Proses sorpsi ion-ion logam dalam SIR Gambar III.1 Diagram alir pelaksanaan penelitian Gambar III.2 Diagram alir preparasi SIR D 2 EHPA-XAD16 50/50 %b/b dengan metode kering Gambar III.3 Diagram alir destruksi monasit secara basa Gambar IV.1 Gambar IV.2 Stabilitas ekstraktan dalam SIR setelah pencucian dengan air dan larutan HNO 3 1 M Fotografi SEM (pembesaran kali) terhadap permukaan resin Amberlite XAD16 (a) sebelum impregnasi (b) setelah impregnasi dengan D 2 EHPA 10/90 %b/b (c) setelah impregnasi dengan D 2 EHPA 50/50 %b/b, (d) setelah impregnasi dengan D 2 EHPA 60/40 %b/b Gambar IV.3 Spektrum FT-IR Amberlite-XAD16 (hitam), D 2 EHPA-XAD16 (ungu), dan TBP-XAD16 (hijau).. 46 Gambar IV.4 Spektrum FT-IR dari campuran D 2 EHPA- TBP(3:1)/XAD Gambar IV.5 Gambar IV.6 Gambar IV.7 Pengaruh ph terhadap persen adsorpsi ion-ion La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III). [D 2 EHPA] = 1,7x10-3 M, [TBP] = 5,7x10-4 M. [LTJ] i = 150 mg/l, kekuatan ion = 0,1 M (H,Na)NO 3. Rasio V/m = 100 ml/g Kurva hubungan ph terhadap log D pada adsorpsi ion-ion La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) Mekanisme reaksi dalam SIR antara molekul D 2 EHPA, TBP dan ion-ion LTJ(III) Gambar IV.8 Gambar IV.9 Pengaruh perbedaan ekstraktan terhadap adsorpsi ion La(III) Pengaruh waktu kontak dan rasio perbandingan berat (ekstraktan/resin) terhadap persen adsorpsi ion-ion La(III), Nd(III) dan Gd(III) xviii

19 Gambar IV.10 Gambar IV.11 Gambar IV.12 Kurva reaksi orde pseudo-satu pada adsorpsi ion-ion La(III), Nd(III), dan Gd(III) dengan ekstraktan D 2 EHPA 50/50 %b/b dan campuran D 2 EHPA/TBP(3:1) 50/50 %b/b Kurva reaksi orde pseudo-dua pada adsorpsi ion-ion La(III), Nd(III), dan Gd(III) dengan ekstraktan D 2 EHPA 50/50 %b/b dan campuran D 2 EHPA/TBP(3:1) 50/50 %b/b Pengaruh rasio V/m pada adsorpsi ion-ion LTJ(III) menggunakan SIR D 2 EHPA/TBP(3:1) 50/50 %b/b, ph = 3,2; waktu kontak = 30 menit Gambar IV.13 Kapasitas resin terhadap ion La(III) dengan ekstraktan D 2 EHPA/TBP(3:1), D 2 EHPA, dan TBP Gambar IV.14 Pengaruh konsentrasi ion La(III) terhadap persen adsorpsi Gambar IV.15 Isoterm Freundlich untuk adsorpsi ion La(III) Gambar IV.16 Gambar IV.17 Gambar IV.18 Gambar IV.19 Gambar IV.20 Isoterm Langmuir untuk adsorpsi ion La(III) pada beberapa jenis SIR Pengaruh jenis eluen terhadap persen recovery LTJ (campuran ion-ion La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III)) dari resin D 2 EHPA/TBP(3:1)- XAD Profil distribusi konsentrasi ion-ion La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) tunggal berdasarkan fraksi volume eluen HNO Profil absorbansi sampel monasit dan sampel sintetis (campuran ion-ion La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III)) berdasarkan fraksi volume eluen HNO Profil absorbansi sampel monasit dan sampel sintetis (campuran ion-ion La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III)) berdasarkan fraksi konsentrasi eluen HNO Gambar IV.21 Profil distribusi konsentrasi campuran ion-ion La(III), Ce(III), Pr(III), Nd(III), Sm(III), dan Gd(III) dari sampel sintetik berdasarkan fraksi konsentrasi eluen HNO Gambar IV.22 Profil distribusi persen recovery LTJ dalam sampel monasit berdasarkan fraksi konsentrasi eluen HNO 3 72 xix

20 DAFTAR TABEL Tabel I.1. Daftar harga oksida LTJ komersial... 1 Tabel II.1. Komposisi (%) unsur LTJ dalam beberapa mineral... 8 Tabel II.2. Pengelompokan mineral LTJ di alam... 9 Tabel II.3. Struktur dan karakteristik adsorben polimer Amberlite-XAD Tabel II.4. Kinetika beberapa ion logam yang mengikuti model Lagergren Tabel IV.1. Adsorpsi beberapa ekstraktan oleh resin Amberlite- XAD Tabel IV.2. Komposisi sampel monasit Bangka hasil destruksi dengan NaOH Tabel IV.3. Komposisi sampel monasit Australia Tabel IV.4. Tabel IV.5. Tabel IV.6. Tabel IV.7. Tabel IV.8. Tabel IV.9. Persamaan regresi kurva hubungan log D terhadap ph Harga tetapan kesetimbangan adsorpsi (K M ) dan koefisien distribusi (D) pada ph 2, Faktor pemisahan (α 12 ) antara unsur-unsur LTJ dalam medium nitrat dengan D 2 EHPA/TBP(3:1)-XAD16 pada ph 2, Faktor pemisahan (α 12 ) antara unsur-unsur LTJ dalam medium nitrat dengan ekstraksi pelarut pada ph 2, Parameter model kinetika orde pseudo-dua dari Lagergren untuk adsorpsi ion-ion La(III), Nd(III) dan Gd(III) Pengaruh konsentrasi ion La(III) terhadap kapasitas adsorpsi (q) SIR dan koefisien distribusi (D) Tabel IV.10. Tabel IV.11. Tabel IV.12. Parameter isoterm Freundlich untuk adsorpsi ion La(III) pada SIR yang mengandung D 2 EHPA/TBP(3:1), D 2 EHPA dan TBP Parameter isoterm Langmuir untuk adsorpsi ion La(III) pada SIR yang mengandung D 2 EHPA/TBP(3:1), D 2 EHPA dan TBP Pengaruh jenis eluen konsentrasi 1,0 M pada recovery LTJ total xx

21 Tabel IV.13. Tabel IV.14. Hasil optimum yield, purity dan recovery pemisahan LTJ dari sampel sintetis Hasil optimum yield, purity dan recovery pemisahan LTJ dari sampel monasit xxi

22 DAFTAR SINGKATAN DAN LAMBANG SINGKATAN Nama Pemakaian pertama kali pada halaman CRM Certified Reference Material 35 Cyanex-272 Bis(2,4,4-trimethylpentyl)phosphinic acid 14 D 2 EHPA Di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid 3 EHEHPA 2-ethylhexyl 2-ethylhexylphosphonic acid 20 FT-IR Fourier transform-infra red 6 ICP-MS Inductively coupled plasma-mass spectrometry 29 kv Kilovolt 34 Ln Lantanida 14 LTJ Logam tanah jarang 1 ma Milliampere 34 mg Milligram 19 mm Millimeter 16 nm Nanometer 17 PC-88A 2-ethylhexyl hydrogen-2-ethylhexyl phosphonate REE s Rare Earth Elements 10 rpm Rotation per minute 32 S-DVB Styrene divinylbenzene 17 SEM Scanning electronic microscope 6 SIR Solvent impregnated resin 3 SLM Supported liquid membran 11 TBP Tributylphosphate 3 TDA Tri-dodecyl amine 27 TOPO Trioctylphosphine oxide 3 UV-Vis Ultraviolet-visible 29 V/m Volume/massa 5 XRF X-ray fluorescence 35 14

23 LAMBANG Nama Pemakaian pertama kali pada Halaman β Efek sinergis 20 α Faktor pemisahan 20 ρ Massa jenis 30 b Tetapan energi ikatan adsorpsi 22 C 0 Konsentrasi LTJ mula-mula 42 C C Konsentrasi campuran LTJ per fraksi konsentrasi eluen C E C e Konsentrasi masing-masing unsur LTJ per fraksi konsentrasi eluen Konsentrasi ion logam pada saat tercapai kesetimbangan C i Konsentrasi ion logam mula-mula 19 C SIR Konsentrasi ion logam dalam fasa resin 19 C T Konsentrasi LTJ yang berhasil dielusi 42 D Koefisien distribusi 19 HL D 2 EHPA 14 k 1 Tetapan adsorpsi orde pseudo-satu 25 k 2 Tetapan laju sorpsi orde pseudo-kedua 26 K a Tetapan kesetimbangan asam lemah 15 K f konstanta kapasitas adsorpsi relatif adsorben 21 M r Massa molekul relatif 29 n Intensitas adsorpsi 21 org Fasa organik 14 Q Kapasitas adsorpsi lapisan tunggal 22 q Kapasitas adsorpsi resin 19 q e Banyaknya ion logam yang teradsorpsi per unit massa adsorben q t Kapasitas adsorpsi pada waktu t 26 t Waktu 24 W SIR Berat SIR kering yang diperoleh setelah impregnasi W XAD Berat resin kering sebelum impregnasi xxiii