Ion Exchange

Report
Ion Exchange
Shinta Rosalia Dewi
RESIN PARTICLE AND BEADS
Pertukaran ion




Adsorpsi, dan pertukaran ion adalah proses sorpsi, dimana
komponen tertentu dari fase cairan, yang disebut zat terlarut,
ditransfer selektif ke bahan insoluble dalam suatu wadah atau
dikemas dalam kolom.
Pertukaran ion melibatkan transfer massa dari larutan ke fasa
padatan.
Pada adsorpsi dan pertukaran ion, ion dari fasa larutan
tertransfer ke fasa padatan (sorbent) sampai sorbent menjadi
jenuh atau hampir jenuh. Untuk meregenerasinya dilakukan
desorb (pelepasan kembali)
Pertukaran ion  ion yang dipindahkan dari larutan
dipindahkan ke penukar ion (exchanger) sehingga terjadi
elektronetralitas (jumlah muatan yang diserap = yang
dilepaskan)
Mekanisme

Resin mengandung kation B+ akan
dipertukarkan dengan kation A+ dalam
larutan. Kation A+ dan B+ akan terdifusi
karena perbedaan konsentrasi antara
resin dan larutan.

Reaksi pertukaran ion :
A  RB

B  RA
Pertukaran ion akan berlangsung sampai
kesetimbangan dicapai
Aplikasi






100 tahun lalu  air sadah zeolit
Th 1935  diperkenalkan resin penukar ion untuk Water
softening (Ca2+ and Mg2+) dan deionisasi
Demineralisasi air
Dealkalinasi air
Penghilangan warna pada larutan gula
Recovery uranium dari larutan
Aplikasi : Water softening

Water softening dengan pertukaran
ion melibatkan penukar kation, di
mana reaksi berikut terjadi untuk
menggantikan ion kalsium dengan
ion natrium.
Aplikasi : Demineralisasi

Pada langkah pertama,
resin penukar kation (H+)
untuk ion kation seperti
K+, Ca2+, Na+. Pada
langkah kedua, resin
penukar anion (OH-)
seperti ion Cl-, PO42-. Ionion hidrogen dan hidroksil
yang masuk ke air
bergabung membentuk air.
Komponen penukar ion

Fasa padat bermuatan atau matriks .

Fasa cair yang mengandung molekul
yang berbeda muatan dari matriks

Larutan (eluan) dengan muatan
berbeda untuk mencegah interaksi
antara fasa cair dan padat.
Penukar ion


Penukar ion diseimbangkan oleh
counterion
Counterion inilah yang akan
dipertukarkan dengan ion lain dari
larutan .
Resin



Resin
 Polimer organik atau anorganik yang digunakan sebagai
penukar kation atau anion dari fasa larutan.
Resin penukar ion umumnya berbentuk butiran gel yang
terdiri dari (1) jaringan polimer, (2) gugus fungsional ionik
melekat jaringan, (3) counterions, dan (4) pelarut.
Struktur umum
 Polymer backbone tidak terlibat dalam ikatan
 Gugus fungsional / sisi aktif membentuk kompleks anion
atau kation
Resin

Penukar kation (asam kuat) dan penukar anion (basa
kuat) disintesis dari kopolimerisasi stirena dan,
divinilbenzena (DVB)

Penukar kation (asam lemah) kadang disintesis dari
kopolimerisasi asam akrilat dan asam metakrilat.
Selectivity of Ion Exchange Resins
In Order of Decreasing Preference
Strong acid cation Strong base anion
Barium
Iodide
Lead
Nitrate
Calcium
Bisulfite
Nickel
Chloride
Cadmium
Cyanide
Copper
Bicarbonate
Zinc
Hydroxide
Magnesium
Fluoride
Potassium
Sulfate
Ammonia
Sodium
Hydrogen
Resin organik

Gugus fungsional
 Benzena
Disulfonasi
 sebagai penukar kation
Diklorinasi  sebagai penukar anion
SO3 H
Cation exchange
CH2 N(CH3 )3 Cl
Anion exchange
Resin anorganik



Silikat (SiO4)
Aluminosilikat
zeolite, montmorillonites
Penukar kation
Zirconium, Tin- phosphate
OPO(OH)2 OH
OH
Zr
O
Zr
O
Zr
OPO(OH)2
O
Zr
OPO(OH)2 OPO(OH)2 OPO(OH)2 OPO(OH)2
Resin
Faktor penting dalam pemilihan resin penukar ion :
1. Kapasitas penukar
2. Selektivitas
3. Ukuran partikel dan distribusi ukuran (flow
throughput considerations).
4. Stabilitas kimia dan fisika
5. Regenerasi

Resin

Sifat
 Kapasitas

Jumlah ion yang dapat dipertukarkan per unit material
Kapasitas

penukar kation (Proton exchange
capacity, PEC)
Selektivitas
 Penukar kation atau anion
Kation adalah ion positif
Anion adalah ion negatif
 Selektif terhadap beberapa gugus fungsi
Distirbusi ion logam bervariasi
Contoh



Sebuah resin pertukaran ion terbuat dari 88% berat
stirena dan 12% berat divinilbenzena yang dimodifikasi
dengan sulfonasi sebagai resin penukar kation. Perkirakan
maksimum kapasitas pertukaran ion dalam resin!
Jawab :
Dianggap berat resin 100 g sebelum sulfonasi
M
g
mol
104,14
88
0,845
Divinilbenzena 130,18
12
0,092
100
0,937
Stirena
Jawab



Sulfonasi pada setiap cincin benzena 0,937 mol H2SO4
(M=81,07 g/mol)), sehingga terjadi penambahan berat
(0,937mol)(81,07g/mol) = 76 g
Total berat resin setelah sulfonasi = 100 + 76 = 176 g
Kapasitas maksimum penukar ion :
0,937
 5,3mol / kg resin
(176 /1000)
Latihan 1

Perkirakan kapasitas maksimum 200 g penukar ion yang
dibuat dari kopolimerisasi 75% berat DVB dan 15%
stirena dan dimodifikasi dengan sulfonasi (M H2SO4 =
81,07 g/mol) !
Latihan 2

Perkirakan kapasitas maksimum 100 g penukar ion yang
dibuat dari kopolimerisasi 80% berat DVB dan 20%
stirena dan dimodifikasi dengan klorinasi!
Kesetimbangan

Untuk pertukaran ion, kita menerapkan hukum aksi massa
untuk memperoleh kesetimbangan

Pada saat kesetimbangan

di mana K : koefisien selektivitas molar; c : konsentrasi
molar liquid; q : konsentrasi molar penukar ion
Kesetimbangan (con’t)

Jika muatan counterion = muatan ion yang akan
dipertukarkan maka :

K tidak tergantung pada C/Q (total konsentrasi ekuivalen)
Di mana x dan y adalah fraksi mol liquid dan penukar ion;
z = valensi counterion I

Kesetimbangan (con’t)

Apabila muatan counterion ≠ muatan ion yang
dipertukarkan, maka :

K dipengaruhi oleh rasio C/Q dan rasio muatan n
C : total konsentrasi ekuivalen (eq/L) larutan; Q : total
konsentrasi ekuivalen (eq/L) penukar ion

Contoh

Sebuah resin Amberlite IR-120 dengan kapasitas
pertukaran ion maksimum 4,90 meq/g resin kering,
digunakan untuk menghilangkan ion tembaga dari aliran
limbah yang mengandung 0,00975M CuS04 (19,5 meq
Cu2+ / L larutan). Diameter pertikel resin berkisar antara
0,2 sampai lebih dari 1,2 mm. Reaksi kesetimbangan
pertukaran ion reaksi dari divalen-monovalen :
miliekuivalen kation di larutan dan dalam resin tetap
konstan. Dan diketahui bahwa data kesetimbangan untuk
ion tembaga dengan 19,5 meq/liter larutan :
Contoh

Hitunglah koefisien selektivitas molar, K, di setiap nilai c
untuk Cu2+
Jawab
C 0,0195

 0,0040
Q
4,9
xCu2 
cCu2
19,5
y Cu2 
qCu2
4,9
c, meq/L larutan
q, meq/g resin
xCu2+
yCu2+
0,022
0,66
0,00113
0,287
KCu2+,H+
0,635
0,786
3,26
0,0403
1,417
0,543
4,49
4,55
0,230
1,978
1,877
10,3
4,65
0,528
2,022
0,615
Latihan 3

Sebuah resin penukar kation dengan kapasitas pertukaran ion
maksimum 5,90 meq/g resin kering, digunakan untuk menghilangkan
ion tembaga dari aliran limbah yang mengandung 0,00975M CuS04
(19,5 meq Cu2+ / L larutan). Diameter pertikel resin berkisar antara
0,2 sampai lebih dari 1,2 mm. Reaksi kesetimbangan pertukaran ion:
2
Cu  MgR
CuR  Mg
2
miliekuivalen kation di larutan dan dalam resin tetap konstan. Dan
diketahui bahwa data kesetimbangan untuk ion tembaga dengan 19,5
meq/liter larutan :

Hitunglah koefisien selektivitas molar, K, di setiap nilai c untuk Cu2+
LARGE-SCALE ION EXCHANGE
COLUMNS

similar documents