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 (Ca 2+ ), ion besi (Fe 2+ ) dan ion magnesium (Mg 2+ ) 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 ((C 6 H 5 )-CH=CH 2 ) dan divinil benzene ((CH 2 =CH-(C 6 H 4 )- CH=CH 2 ) 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 + OH - R-Cl + NO 3- R-NO 3- + 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-SO 3 H) Resin penukar kation asam lemah (R-COOH) Resin penukar anion basa kuat (R-R 3 N*OH-) Resin penukar anion basa lemah (R-NH 2 atau R-R NH)
JENIS JENIS PENUKAR ION Tipe resin Kation: Asam kuat Kation : Asam lemah Gugus fungsi Asam sulfonat: R-SO3-H+ Asam karboksilat: R-COO-H+ Nama dagang Permutit Q Purolit C-100 Duolite C-20 Dowex 50 AmberliteIR -120 Permutit H-70 Amberlit IRC-50 Selektivitas Ag + >Rb + >Cs + >K + >NH4 + >Na + >H + > Li + Zn 2+ > Cu 2+ > Ni 2+ > Co 2+ H + >>Ag + > K + >Na + >Li +. H + >>Fe 2+ >Ba 2+ >Sr 2+ > Ca 2+ > Mg 2+ Anion: Basa kuat Ion amonium kuartener: [R-CH 2 N(CH 3 ) 3 ] + Cl - Dowex-1/SBR-P Permutit S-1 Amberlite IRA- 400 Purolite A-400 I - >fenolat>hso 4- >ClO 3- >NO 3- >Br - > CN - >HSO 3- >NO 2- >Cl - >HCO 3 - >IO 3- >HCOO - >CH 3 COO - >OH - >I - Anion: Basa lemah Gugus amine: [R-NH(R) 2 ] + Cl - Dowex-3 Permutit W Amberlite IR-45 R-SO 3 H>sitrat>CrO 3 - >H 2 SO 4 >tatrat>oksalat>h 3 PO 4 >H 3AsO 4 >HNO 3 >HI>HBr>HCl>HF> HCOOH>CH 3 COOH>H 2 CO 3
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 Caustic 1.In service 2. Backwash 3. Cation Regeneration 4. Anion Regeneration 5. Rinse 6. Drain 7. Air Mix 8. Refill 9. Rinse
BENTUK TAHAP PENUKAR REGENERASI ION EXCHANGE 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. ph 2. Kecepatan alir 3. Konsentrasi ion terlarut 4. Tinggi / jumlah media penukar ion 5. Suhu Faktor yang mempengaruhi kerusakan resin: 1. Oksidasi (khususnya oleh Cl 2 dan ozon) 2. Fouling 3. 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. Mengurangi/menghilangan unsur inorganik dengan baik 2. Bisa diregenerasikan kembali 3. Dapat digunakan flowrate/debit yang berfluktuasi 4. Jenis resin yang bervariasi, setiap jenis resin dapat digunakan untuk menghilangkan unsur/kontaminan tertentu 5. Untuk kualitas air baku dengan TDS <500 ppm merupakan pilihan dan operasi lebih murah
Kekurangan Ion Exchange 1. Semakin tinggi TDS semakin tinggi biaya operasional 2. Tidak menghilangkan partikel, bakteri dan pyrogen 3. Diperlukan pretreatment untuk hampir setiap bahan baku 4. Sensitif terhadap keberadaan unsur lain dengan polaritas yang hampir sama 5. 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 +, Ca 2+, Na +. 2. Resin penukar anion (OH - ) seperti ion Cl -, PO 4 2-. Ion-ion hidrogen dan hidroksil yang masuk ke air bergabung membentuk air.
ZeOLit Memiliki rumus Na 2 (Al 2 SiO 3 O 10. 2H 2 O) atau K 2 (Al 2 SiO 3 O 10. 2H 2 O) Ion Ca 2+, Mg 2+ atau Fe 3+ akan menggantikan Na + Ion Na + lebih lemah berikatan dengan zeolite daripada Ca 2+, Mg 2+ atau Fe 3+
Proses pertukaran ion : Na Z + Ca 2+ 2 (s) (aq) CaZ (s) + 2Na + (aq) Na-zeolite Regenerasi : Ca - zeloit CaZ + 2 NaCl Na 2 Z + CaCl 2
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.