Karakterisasi Membran Polimer dengan Adsorben Inorganik Lithium Mangan Spinel untuk Ekstraksi Lithium dari Lumpur Sidoarjo

Transkripsi

1 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (214) ISSN: ( Print) F-221 Krkterissi Memrn Polimer dengn Adsoren Inorgnik Lithium Mngn Spinel untuk Ekstrksi Lithium dri Lumpur Sidorjo Sheil Prmusiwi Rozitwti dn Lukmn Noerohim Jurusn Teknik Mteril dn Metlurgi, Fkults Teknologi Industri, Institut Teknologi Sepuluh Nopemer (ITS) Kmpus ITS, Keputih, Sury 6111 E-mil: Astrk Berdsrkn penelitin ilmuwn dri Jepng, Lumpur Sidorjo mengndung unsur Lithium yng esr dn dpt dimnftkn segi hn elektrod teri ion lithium. Dri ergi mm metode ekstrksi, dipilih metode dsorpsi dengn memrn polimer kren leih effisien. Memrn polimer yng digunkn erhn dsr PP (Polypropylene) dengn nm dgng Kimteh, Polyester nonwoven, dn (Polyvinyllidene difluoride) hsil dri sintes lortorium dengn metode NIPS yng dikominsikn dengn fierglss, dengn dsoren inorgnik Lithium-Mngn Spinel yng terungkus di setip memrn. Dri krkterissi memrn polimer yng dilkukn dikethui hw memrn 1:9 5%FG kren memenuhi persyrtn segi memrn untuk ekstrksi lithium dri Lumpur Sidorjo. Hsil pengujin menunjukkn hsil uji wter uptke menpi 61,95% leih tinggi dri memrn linny yng didukung dengn hsil SEM menunjukkn memrn 1:9 5%FG ini dimn hsil SEM terliht nyk pori. kemudin nili kekutn trikny 139,594 N/mm 2 ukup tinggi jik dindingkn dengn nili kimteh 6,9385 N/mm 2 dn poliester non-woven 5,42757 N/mm 2. Dn hsil uji ICP jug menunjukkn hsil pling ik ykni 3,55 ppm (mg/l) yng errti dpt mengdsorpsi lithium 6,68% dri lumpur Sidorjo. Dri semu memrn, 1:9 5%FG yng memenuhi persyrtn segi memrn untuk ekstrksi Lithium. Kt Kuni Memrn Polimer, dsorpsi, ekstrksi Lithium, Lumpur Sidorjo. T I. PENDAHULUAN EKNOLOGI yng semkin erkemng menuntut ergi inovsi yng memiliki keungguln dri teknologi seelumny. Mislny sj nykny rngrng portle, dimn teknologi teri diutuhkn gr rng-rng yng memnftkn teri segi sumer listrik. Dn slh stu unsur penyusun teri dlh Lithium yng kn menjdi hsn pd penelitin ini. Perjlnnny segi "logm ms depn" dimuli sejk thun 9-n ketik perngkt elektronik portel sngt populer, dn teri menjdi sumer listrik gi perngkt terseut [1]. Mengp Lithium? Dews ini jumlh Lithium yng dikonsumsi ser glol terkit untuk teri telh meningkt leih dri 2% per thun selm eerp thun terkhir [2]. Lithium dikenl segi logm yng pling ringn dn telh nyk dimnftkn untuk nyk produk komersil kren rektivits elektrokimi sert sift unik linny. Senyw lithium dn minerl telh menrik nyk perhtin untuk dipliksikn dlm kermik, k, luminium, industri dn pelumsn frmsi [3]. Sumer Lithium di lm d tig, ykni minerl, susurfe Brine dn yng ketig dn msih dlm thp penelitin ykni geotherml fluid yng didug jug mengndung Lithium yng tinggi. Kegitn eksplorsi minerl lithium sngt tergntung pd permintn dn hrg komoditi minerl di psr internsionl. Bergi r dilkukn oleh pr peneliti gr mendpt Lithium dengn kdr yng tinggi. Dintrny dengn r resin penukr ion, elektrokimi, kopresipitsi dn dsorpsi tetpi eerp dintrny memerlukn iy yng tinggi dn hsil yng didpt jug tidk sellu sesui dengn ekspektsi. Beerp thun elkngn muli dikemngkn metode ekstrksi lithium menggunkn dsorpsi yng memnftkn memrn polimer dengn dsoren inorgnik yng dinggp metode yng leih mudh dripd metode lin. Penggunn metode terseut isny dimnftkn untuk proses pemishn, pemurnin,dn pemektn ik dlm skl keil di lortorium mupun skl esr di industri. Hl ini dikrenkn teknologi memrn leih ekonomis dindingkn dengn teknologi konvensionl. Keungguln ser teknik dri teknologi memrn ini dlh prosesny yng erkelnjutn dn sederhn, dpt di kominsikn dengn perltn lin, siftny yng non destruktif terhdp zt yng diekstrk tu dipishkn. Dri ergi metode yng d untuk melkukn ekstrksi lithium mk dlm penelitin ini kn dilksnkn proses ekstrksi dengn metode dsorpsi menggunkn memrn polimer dengn dsoren inorgnik lithium mngn spinel dengn eerp keungguln yng telh diseutkn seelumny. Sedngkn sumer Lithium yng kn diekstrksi ersl dri lumpur pns di Sidorjo. Dri hsil penelitin thun 21 oleh Wtru Tnikw peneliti sl Jepng dlm Kndungn Lithium pd Lumpur Sidorjo menpi ± 6 ppm. Dlm penelitin ini kn di fokuskn pd proses friksi dn krkterissi dri memrn polimer erhn dsr PVDF yng digunkn dlm proses ekstrksi lithium dengn prmeter yng sesui. Segi

2 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (214) ISSN: ( Print) F-222 pemnding kn digunkn memrne polimer yng sudh tersedi dlm psr (dijul ser komersil) yitu Kimteh (melt low propylene) dn poliester non-woven. II. METODOLOGI PENELITIAN A. Preprsi Air Lumpur Sidorjo Preprsi dengn r memishkn ntr in dn endpn yng d di lumpur Sidorjo menggunkn lt entrifuge. Lumpur dimsukkn ke dlm tue entrifuge kemudin tue di msukkn ke dlm lt entrifuge dn keeptn ditur seesr 25rpm selm 2 menit hingg terliht jernih. Dn kemudin irny dipishkn dengn dimsukkn ke dlm otol. B. Sintesis Memrn Proses pemutn memrn menggunkn NIPS (Nonsolvent Indued Phse Seprtion) dengn metode immersion preipittion. Polyvinylidenedifluoride () dilrutkn dlm solvent erup N-Methylpyrolydinone (NMP) dengn perndingn 1:9 dn 15:85 dn dengn vrisi penmhn fierglss 5% dn 15%. Lrutn polimer terseut dilrutkn dn diduk dengn mgneti stirrer hingg homogen selm 3 jm. Kemudin ditung ke ts pelt k, dn di tunggu sekitr 5 menit sehingg sedikit pdt kemudin dimsukkn ke dlm k erisi non-solvent ykni qudes dn direndm selm 24 jm III. HASIL DAN DISKUSI Proses ser NIPS itu sendiri dpt diedkn dlm tig teknik leih spesifik, yitu metode ir-sting of polymer solution, preipittion from the vpor phse dn immersion preipittion [4]. Dri ketig mm teknik terseut, immersion preipittion dlh metode yng pling effisien. Non solvent Polimer + Pelrut Gmr 1. Meknisme NIPS Solvent Bk erisi non-solvent Medi support (pelt k) Meknisme pemishn fs dri polimer dlm proses pementukn memrn dengn menggunkn lrutn pelrut NMP. Pemishn phs dri lrutn polimer dpt dikethui dengn memntu terentukny titik eku dri lrutn polimer. Titik eku lrutn polimer dlh sutu kondisi dimn il sejumlh lrutn non-solvent ditmhkn kedlm lrutn polimer, mk kn terjdi peruhn sift dri lrutn terseut. Bisny erup peruhn wrn lrutn dri trnsprn menjdi putih erkut. Dlm prosesny dilkukn eerp vrisi dlm komposisiny dn jug penmhn fierglss. Dn hsil vrisi dpt diliht pd Tel 1 erikut. Memrn Tel 1. Vrisi memrn Komposisi +NMP 15:85 1:9 Komposisi fierglss - 5% 15% - 5% 15% Pd proses pemutnny terdpt slh stu memrn yng ggl terentuk sehingg tidk dpt digunkn ykni memrn dengn perndingn 1:9 tnp penmhn fiergels. Dimn memrn terseut tidk dpt terentuk sempurn wlupun telh dilkukn proses perendmn dlm non-solvent leih dri 1 hri. Memrn yng terentuk sngt lunk dn mudh roek. A. Hsil Pengujin Wter Uptke Uji Wter uptke untuk mengethui kemmpun memrn dlm menyerp ir. Persentse wter uptke dpt dihitung dengn persmn segi erikut. W u = W sh W kering W kering x 1% Tel 2. Hsil pengujin wter uptke untuk memrn kimteh dn poliester No. Memrn Bert Bert % Wter Rt-rt Kering Bsh wter uptke (grm) (grm) uptke KIMTECH 1,2278 1, ,1 2,238 1,64 593,41 595,255% POLIESTER 1 1,6529 7, ,65 2 1,64 7, ,7 337,15% Sedngkn hsil wter uptke dri memrn segi erikut : Tel 3. Hsil pengujin wter uptke untuk memrn No Memrn 1:9 tnp FG 1:9 5%FG 1:9 15% FG 15:85 tnp FG 15:85 5% FG Bert Memrn Kering (grm) Bert Memrn Bsh (grm) % Wter uptke ,3667 2, ,74 1,3174 2,969 59,17 2,574 3,8838 5,89 2,5761 3,622 4,53 4,7687 5, ,58 4,9738 5, ,4 1,2554 2,2627 8,24 1,898 2, ,8 Rtrt wter uptke (%) 61,955 45,71 46,49 63,16

3 % wter uptke % wter uptke % wter uptke JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (214) ISSN: ( Print) F :85 15% FG 3,554 4, ,76 3,8334 4, ,2 36,76 dengn vrisi komposisi dn NMP, komposisi terseut tidk erpengruh terhdp hsil wter uptke memrn B. Hsil Pengujin SEM Pengujin Snning Eletron Mirosope (SEM) dilkukn untuk mengethui morfologi permukn dri memrn untuk mengethui peruhn morfologi terhdp memrn yng dikondisikn sm pd proses ekstrksi Lithium. Pengmtn dilkukn dengn menggunkn mesin SEM tipe FEI INSPECT S55. () () Time (hour) PVDF 1 : 9 5% FG PVDF 1 : 9 15% FG PVDF15 : 85 PVDF15 : 85 5% FG PVDF 15 : 85 15% FG () Gmr 2. () grfik uji wter uptke kimteh dn poliester, () grfik uji wter uptke memrn, () Grfik uji wter uptke selm 12 jm Dri hsil terseut kemudin diplot pd grfik, dn dpt diliht pd gmr 2() dn 2(). Sedngkn gmr 2() dlh grfik uji wter uptke memrn selm 12jm terliht nili terik terjdi pd 24 jm pertm. Hsil yng tinggi terseut terjdi kren dny pori dlm memrn. Semkin tinggi niliny mk pori dlm memrn semkin nyk [5]. Dimn ir yng msuk kn mengisi pori yng d pd memrn. jik nili wter uptke tinggi mengindiksi hw nyk terdpt pori pd memrn sehingg semkin nyk ir dlm memrn, dimn ir segi medi trnsfer ion, dpt memntu pd proses ekstrksi ion Lithium. Dri hsil terseut jug dpt diliht pengruh penmhn fierglss dlm memrn semkin nyk fierglss yng ditmhkn mempengruhi nykny ir yng dpt terserp oleh memrn. Tetpi hl itu ered Gmr 3. Memrn Kimteh dengn peresrn 15x () permukn memrn tnp perlkun, () dengn perlkun siklus 1 kli, () dengn perlkun siklus 6 kli Dri Gmr 3 dn Gmr 4 dpt dikethui hw morfologi dri memrn Kimteh dn Poliester non-woven tidk terliht terjdi nyk peruhn morfologi sehingg terliht stil. Hny sj kerptn dri memrnny terliht erkurng. Hl terseut ered dengn Memrn yng dpt diliht dri gmr hsil uji SEM erikutny.

4 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (214) ISSN: ( Print) F-224 Gmr 4. Memrn Poliester non-woven dengn peresrn 15x () permukn memrn tnp perlkun, () dengn perlkun siklus 1 kli, () dengn perlkun siklus 6 kli Gmr 6. Memrn 15:85 15%FG dengn peresrn 15x () permukn memrn tnp perlkun, () dengn perlkun siklus 1 kli, () dengn perlkun siklus 6 kli Gmr 5. Memrn 15:85 5%FG dengn peresrn 15x () permukn memrn tnp perlkun, () dengn perlkun siklus 1 kli, () dengn perlkun siklus 6 kli Pd Gmr 5 is diliht terjdi peruhn morfologi, yng mn pd wlny memrn erporous menjdi pdt dn terliht tidk erporous nyk. Pd Gmr 6 jug terliht yng sm setelh menglmi siklus 1 kli dn siklus 6 kli memrn menglmi peruhn pd morfologiny. Dn enderung menglmi degrdsi terliht dri Gmr 6() dn gmr 6(). Gmr 7. Memrn 15:85 tnpfg dengn peresrn 15x () permukn memrn tnp perlkun, () dengn perlkun siklus 1 kli, () dengn perlkun siklus 6 kli Pd Gmr 7 morfologiny tidk juh ered memrn tidk erporous tetpi terliht pd Gmr 7() dn 7() memrn muli menglmi degrdsi. Hl terseut jug terjdi pd jenis memrn linny, muli terdegrdsi pd siklus 1 dn siklus 6 terliht pd gmr 8 dn gmr 9. Pd gmr terseut ukurn poros semkin esr terliht pd Gmr 8() dn Gmr 9(). Sedngkn pd Gmr 8 () terliht leih pdt tetpi jug menglmi degrdsi sehingg muli mementuk lung hl terseut jug terliht pd Gmr 9().

5 Stress (N/mm2) Stress (N/mm2) JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (214) ISSN: ( Print) F-225 Gmr 8. Memrn 1:9 tnp FG dengn peresrn 15x () permukn memrn tnp perlkun, () dengn perlkun siklus 1 kli, () dengn perlkun siklus 6 kli ,1,2,3 Gmr 1. Grfik Hsil Uji Trik Memrn Kimteh dn Poliester Uji Trik Strin (mm) Uji Trik Strin (mm) Poliester Kimtex PVDF 1:9 5% FG PVDF 1:9 15% FG PVDF 15:85 PVDF 15:85 5% FG Gmr 11. Grfik Hsil Uji Trik Memrn Gmr 9. Memrn 1:9 15% FG dengn peresrn 15x () permukn memrn tnp perlkun, () dengn perlkun siklus 1 kli, () dengn perlkun siklus 6 kli C. Hsil Pengujin Trik Uji trik memrn dilkukn untuk mengethui kekutn memrn. Untuk spesimen uji trik memrn dipotong dengn ukurn 5 mm x 15 mm x tel (mm). Dimensi pengujin trik ini disesuikn dengn ASTM D882, erikut dlh dt uji trikny. Dri hsil uji trik yng dilkukn dikethui hw memrn yng memiliki nili uji trik yng pling tinggi dlh 1:9 15% FG ditunjukkn pd grfik Gmr 11. kemudin disusul dengn 15:85 15%FG, 1:9 5%FG, 15:85 5%FG, 15:85, Poliester, dn Kimteh. Penmhn fiergls ini jug erpengruh pd kekutn trikny dpt diliht peredn memrn dengn penmhn fiergls dengn memrn tnp penmhn fiergls. D. Hsil Pengujin ICP Uji ICP ertujun untuk mengethui erp nyk lithium yng dpt terdsorpsi menggunkn memrn yng d dn dindingkn hsil ntr menggunkn memrn yng telh dikomersilkn dengn memrn hsil sintes lortorium. Lumpur Sidorjo yng digunkn ersl dri titik 25 menunjukkn hsil ICP terhdp Lithium seesr 5,85 ppm (mg/l). Berikut dlh hsil uji ICP Lithium : Tel 4. Hsil Pengujin ICP No. Jenis Memrn Lithium Terdsorpsi (ppm (mg/l)) 1. Kimtex 7,83 2. Poliester 38,9 3. 1:9 5%FG 3, :9 15% FG 2, :85 tnp FG 9, :85 5% FG 16, :85 15% FG 12,7

6 JURNAL TEKNIK POMITS Vol. 3, No. 2, (214) ISSN: ( Print) F-226 Dri hsil pengujin terseut yng memiliki leih tinggi dri kndungn Lithium dlm lumpur Sidorjo dimungkinkn untuk terjdi keoorn (fouling) dn kren proses id tretment yng kurng sempurn menyekn tidk semu Lithium pd dsoren terleps dri dsorenny. Sehingg pd proses dsorpsi dn desorpsi menyekn kndungn Lithium terhitung dlm uji ICP. Selin lsn terseut jug dpt dikrenkn terjdiny keoorn pd memrn. Sehrusny hsil uji ICP yng enr hsilny diwh nili kndungn Lumpur Sidorjo ini tunjukkn oleh memrn PVDF 1:9 5%FG 3,55 ppm (mg/l) yng errti dpt mengdsorpsi lithium 6,68% dri lumpur Sidorjo dn PVDF 1:9 15%FG 2,19 ppm (mg/l) yng errti dpt mengdsorpsi sekitr 37,43% Lithium. IV. KESIMPULAN DAN SARAN A. Kesimpuln Dri krkterissi memrn polimer yng dilkukn dikethui hw memrn 1:9 5%FG kren memenuhi persyrtn segi memrn untuk ekstrksi lithium dri Lumpur Sidorjo. Berikut dlh persyrtnny : Memiliki krkter hidrofilik yng ik ditunjukkn dri hsil uji wter uptke Ukurn pori yng keil, ditunjukkn dri pengujin SEM dn uji ICP Kekutn meknik dri memrn digunkn untuk mendukung dsoren ditunjukkn dri hsil pengujin trik Kethnn kimi terhdp lrutn HCl, dpt diliht mellui hsil SEM B. Srn Untuk kedepnny perlu dilkukn pengujin krkterissi lnjut pd memrn polimer dri segi porositsny, kethnn terhdp lrutn kimi, sift meknikny untuk dpt meningktkn kulits memrn itu sendiri dn pengemngn pliksi memrn polimer untuk ekstrksi logm lin dri lumpur Sidorjo. DAFTAR PUSTAKA [1] Ferro R, Pipoli R. The future of lithium. Mining intelligene series [EB/OL]. Lithium_21_BNA.pdf. [2] Jskul, B.W.213. Lithium, Minerls Yerook. U.S. Geologil Survey: pp [3] Eensperger A, Mxwell P, Mososo C. The lithium industry: Its reent evolution nd future prospets [J]. Resoures Poliy, 25, 3(3): [4] Arhmn, Nsrul Konsep Dsr Proses Pemutn Memrn Berpori dengn Metode Non-Solvent Indued Phse Seprtion.Jurnl Rekys Kimi dn Lingkungn Vol.9,No. 2 hl ISSN [5] Li YS, Zho TS, Yng WW.21. Mesurement of Wter Uptke nd Trnsport Properties inanion exhnge Memrne. Interntionl Journl of Hydrogen Energy 35: