PROSES PEMISAHAN ION K (KALIUM) DAN Ca(CALSIUM) DALAM BITTERN DENGAN MEMBRAN ELEKTRODIALISIS

  

PROSES PEMISAHAN ION K (KALIUM) DAN Ca(CALSIUM) DALAM

BITTERN DENGAN MEMBRAN ELEKTRODIALISIS

Nur Hapsari

  Jurusan Teknik Kimia, UPN “Veteran” Jawa Timur Ema

  

ABSTRACT

Membrane defined as a thin layer semi permeable material which as filtering apparatus based on the

physical characteristic. Whereas electro dialyses will be a filtration process electrochemically with ions

move through selective cation-anion membrane, from the light solution to the heavy solution because of

the existing the electrical co current.

  

The variable of the research done are intake concentration, electrical current voltage and time. The result

of the research indicated that the best result for potassium ion (K) are 57.353,55 ppm concentration

intake, 2,3 Volts current voltage and 150 minutes time and 98,18% rejection obtained. Whereas the

calcium ion indicate at the 4.938 ppm, concentration intake 2,9 Volt current voltage and 30 minutes time,

and 98,93% rejection obtained.

  Keywords : membrane, cation, anion, voltage, electro dialyses

ABSTRAK

Membran didefinisikan sebagai lapisan tipis semi permiabel yang berfungsi sebagai alat pemisah

berdasarkan sifat fisiknya. Sedangkan elektrodialisis merupakan proses pemisahan secara elektrokimia

dengan ion-ion yang berpindah melintasi membran selektif kation dan anion dari larutan encer ke

larutan yang lebih pekat akibat adanya arus listrik searah.

Variabel penelitian yang dilakukan adalah variabel konsentrasi umpan , voltage arus listrik dan

waktu . Dari hasil penelitian menunjukan bahwa hasil terbaik untuk ion Kalium (K) diperoleh pada

konsentrasi feed sebesar 57.353,55 ppm, voltage kuat arus sebesar 2,3 Volt dengan waktu selama 150

menit dan % Rejeksi yang diperoleh sebesar 98,18% , sedang untuk ion Calsium (Ca) diperoleh pada

konsentrasi feed sebesar 4.938 ppm, voltage kuat arus sebesar 2,9 Volt dengan waktu selama 30 menit

dan % Rejeksi yang diperoleh sebesar 98,93%.

  Kata kunci : membran, kation, anion, voltage, elektrodialisis

  PROSES PEMISAHAN ION K DAN Ca DALAM BITTERN DALAM MEMBRAN ELEKRODIALISI Nur Hapsari

  

PENDAHULUAN kemampuan membran Elektrodialisis

  Selain garam, produk sampingan didalam proses pemisahan Kalium (K) dan dalam proses pembuatan garam adalah Calsium (Ca) yang terkandung dalam bittern. Bittern sendiri adalah cairan pekat Bittern. Lingkup penelitian ini akan yang diperoleh dari kristalisasi proses dilakukan dengan variable konsentrasi

  Bittern, voltage kuat arus dan waktu pembuatan garam. Bittern mengandung berbagai mineral baik mineral makro operasi. maupun mikro. Mineral ini terjadi karena tidak ikut mengkristal saat pembuatan

TINJAUAN PUSTAKA

  garam. - Bittern Beberapa mineral yang terkandung Bittern adalah cairan pekat yang dalam bittern adalah magnesium (Mg), diperoleh dari sisa kristalisasi proses natrium (Na), kalsium (Ca), kalium (K), pembuatan garam. Bittern mengandung klorida (Cl), sulfur (S), TSS, TDS dan berbagai mineral baik mineral makro mineral mikro lainnya. Unsur mikro (trace maupun mineral mikro. Mineral ini terjadi mineral) ini Seperi seng, tembaga (Cu), karena tidak ikut mengkristal saat pembuatan garam. Beberapa mineral yang timbal (Pb), mangan (Mn), cadmium (Md), merkuri (Hg), nikel (Ni0, perak (Ag), terkandung dalam Bittern adalah merupakan logam berat yang diintrodusir Magnesium, Natrium, Kalium, Calsium, oleh manusia. Klorida, Sulfur, dan mineral mikro lainnya.

  Upaya untuk memperoleh Kalium (K) dan Calsium (Ca) yang terdapat pada

  1. Sifat fisika dari Bittern : limbah garam (Bittern) diperlukan suatu - Berbentuk cair berwarna bening hingga metode yang dapat memisahkan mineral keruh kekuningan secara optimal dengan alat yang digunakan - Tidak berbau sederhana tidak membutuhkan lahan yang - Specific gravity = 2,32 besar serta menggunakan energi yang - Melting point = 708°C rendah mengingat harga bahan bakar yang - Boiling point =1412°C. tinggi saat ini. Dan yang paling penting lagi tidak menggunakan bahan kimia sehingga

  2. Sifat kimia dari Bittern : tidak mencemari lingkungan. - Larut dalam air dan alcohol Penelitian ini bertujuan untuk - Sukar terbakar JURNAL REKAYASA PERENCANAAN Vol. 4 no.1 Oktober 2007

  • - Pemisahan Dengan Membrane

  Membran dapat didefinisikan sebagai lapisan tipis yang digunakan untuk memisahkan dua fasa dan berfungsi sebagai penahan selektif terhadap perpindahan suatu bahan. Meskipun karakteristik membran didasarkan pada strukturnya, untuk kerja pada flux dan selektifitasnya tergantung dari elemennya yang terdapat pada dua fase tersebut serta tenaga

  Gambar 1 Skema Pemisahan Membran penggerak (driving force) yang digunakan.

  Oleh karena itu membrane diklasifikasikan

  • - Mekanisme Membran Elektrodialisis

  berdasarkan tipe pemisahannya, dan Elektrodialisis merupakan salah satu kemudian dipilih struktur yang lebih baik proses pemisahan ion-ion dari suatu larutan untuk mengembangkan unjuk kerja proses dengan mempergunakan arus listrik melalui pemisahan tersebut. membrane semipermiabel yang bersifat

  Ada tiga mekanisme pemisahan yang permeable terhadap ion tertentu. tergantung pada satu sifat spesifik

  Proses ini menghasilkan satu bagian komponen untuk dihilangkan secara selektif yang pekat yang disebut “Konsentrat” dan oleh membrane, yaitu : (Wenten, 2000) bagian lain yang encer disebut “Diluat”.

  • Pemisahan berdasarkan perbedaan

  (Wenten, 2000) ukuran. Operasi utamanya antara lain Penggunaan utama proses

  Microfiltrasi, Ultrafiltrasi, dan Elektrodialisis adalah pada proses desalting dialysis. larutan ionic, pemisahan asam amino,

  • Pemisahan berdasarkan perbedaan proses klor-alkali, proses produksi NaOH kelarutan dan diffusivitas bahan.

  dan H SO . 2 4 Operasi yang dilakukan biasanya Mekanisme pemisahan ion permeasi gas, pervaporasi dan berdasarkan teknologi membrane Reverse Osmosis. elektrodialisis seperti berikut :

  • Pemisahan berdasarkan perbedaan elektrokimia, dipisahkan dengan elektrodialisis dan dialysis Donnan.

  

PROSES PEMISAHAN ION K DAN Ca DALAM BITTERN DALAM MEMBRAN ELEKRODIALISI

Nur Hapsari

  

Gambar 2 Mekanisme Proses Pada Elektrodialisis (Mulder, 1991)

  Prinsip dasar proses pemisahan ion sebagai gaya pendorong. Penentuan kuat dari larutan induk dan pengurangan ion-ion arus yang diperlukan untuk penarikan ion- lainnya adalah penggunaan membran ion dari suatu larutan didasarkan atas

JURNAL REKAYASA PERENCANAAN

   Vol. 4 no.1 Oktober 2007

  Dari persamaan Nerst tampak bahwa τ : koefisien rejeksi potensial electrode suatu electrode logam C : konsentrasi zat terlarut dalam p yang dibenamkan dalam larutan ionnya permeat ( mgr/lt ) bergantung pada konsentrasi ion-ion C f : konsentrasi zat terlarut tersebut. Jika aktivitas ion dalam larutan itu dalam feed ( mgr/lt ) 1 (satu) mol/liter maka rumusnya menjadi : o

  E = E , Jadi potensial elektrode menjadi

  METODE PENELITIAN sama dengan potensial standar itu sendiri.

  Bittern, diperoleh dari PT GARAM Sebagai contoh untuk penaksiran/mengukur di Madura, Jawa Timur. potensial standar dari electrode Natrium didasarkan pada persamaan :

  Tabel 1 Hasil Analisa Komposisi Bittern + KADAR (mg/lt)

  E o = - 2,714 + 0,0591 log [ Na ] .........(1)

  PARAMETER Bittern 1 Bittern 2 Bittern 3

  dimana : E : Potensial electrode Na + o

  Kalium (K) 28.426,8 57.353,55 86.280,30

  [Na ] : Konsentrasi Na dalam

  Calsium (Ca) 4.938,0 10.106,5 15.275,0

  larutan

  • - Selektivitas

  Selektivitas membran adalah

  Peralatan yang dipergunakan

  ukuran kemampuan membran menahan

  • Membran penukar kation yang terbuat atau melewatkan suatu spesi tertentu.

  dari crosslink kopolimer divinylbenzene Parameter yang digunakan untuk

  (DVB) dan polystyerene dengan gugus menyatakan selektivitas adalah koefisien sulfonat untuk penukar ion, dan gugus rejeksi yang didefinisikan sebagai ratio ammonium kwartener untuk penukar antara beda konsentrasi melalui membran anion. Membran yang dipergunakan dengan konsentrasi feed (fraksi konsentrasi berbentuk plat. zat terlarut yang tertahan oleh membran). Tabel 2 Spesifikasi Membran Penukar Ion

  Yang Digunakan

  Koefisien rejeksi dinyatakan dalam persamaan : (Cheryan.M,1986) Ketebalan ( JENIS MEMBRAN KATION (MC- ANION 3470) (MA-3475) 343 368

  µm) C C f pLuas hambatan 25 50

  τ = = 1 – C / C p f (ohm/cm2) C f (meg/g) Total exchange capacity 1,4 1,0

  .......(2) maks. 0C Stabilitas tempe- ratur 60 60

  PROSES PEMISAHAN ION K DAN Ca DALAM BITTERN DALAM MEMBRAN ELEKRODIALISI Individual membrane area 0,0154 0,0154 Nur Hapsari sq meter - Stopwatch.

  • Elektroda yang digunakan adalah dari stainless steel (SS-304), jumlah 2 buah.
  • Spacer dari hard nylon.
  • Kompartment berjumlah 4.

  Konsentrat Tangki Pencuci Elektroda Elektroda Power supply Tangki Arus DC Konsentrat

  Modul Elektrodialisis Diluat - + - + Tangki Bittern Pencuci Elektroda

  Gambar 3 Rangkaian peralatan membran elektrodialisis

  JURNAL REKAYASA PERENCANAAN Vol. 4 no.1 Oktober 2007

Prosedur percobaan ion negatif bergerak kearah berlawanan

  melewati membran anion. Sehingga

  • Bittern dengan konsentrasi tertentu sesuai cairan ditengah (diluat) berkurang kadar perlakuan diletakkan pada tangki Bittern. mineralnya, sedang konsentrat akan
  • Kemudian larutan Bittern dialirkan ke keluar pada sisi yang lain menuju tangki modul membran Elektrodialisis, dengan konsentrat. menggunakan pompa dan diatur sesuai - Dilakukan balikan kutub dan pencucian variable yang diinginkan. electrode pada waktu tertentu.
  • Dengan adanya pengaliran arus listrik - Hasil yang diperoleh konsentrat Kalium searah, ion positif dapat ditarik lewat (K) dan Calsium (Ca) ditampung dan membran kation ke electrode negatif dan dianalisis dengan AAS.

HASIL DAN PEMBAHASAN

  100 100 i

  95

  95 si eks ek ej ej

  R R

  %

  90 %

  90

  85

  85

  20

  40

  60 80 100 120 140 160

  20

  40

  60 80 100 120 140 160 Waktu (menit)

  Waktu (menit) Voltage 2,3 Volt Voltage 2,5 Volt

  Voltage 2,3 Volt Voltage 2,5 Volt Voltage 2,7 Volt Voltage 2,9 Volt Voltage 2,7 Volt Voltage 2,9 Volt Gambar 4 Pengaruh Voltage (Volt) Gambar 5 Pengaruh Voltage (Volt) terhadap % Rejeksi untuk Konsentrasi terhadap % Rejeksi untuk Konsentrasi Bittern 1 pada Proses Pemisahan Kalium Bittern 2 pada Proses Pemisahan Kalium

  (K) (K) PROSES PEMISAHAN ION K DAN Ca DALAM BITTERN DALAM MEMBRAN ELEKRODIALISI Nur Hapsari

  100 si

  95 jek e R

  90 %

  85

  20

  40

  60 80 100 120 140 160 Waktu (menit) Voltage 2,3 Volt Voltage 2,5 Volt Voltage 2,7 Volt Voltage 2,9 Volt

  Gambar 6 Pengaruh Voltage (Volt) terhadap % Rejeksi untuk Konsentrasi Bittern 3 pada Proses Pemisahan Kalium (K)

  100

  90

  90

  80 i

  70 ks

  70 si je ek

  60

  50 ej

  50 R % Re

  %

  30

  40

  30

  10

  20

  10

  20

  40

  60 80 100 120 140 160

  20

  40

  60 80 100 120 140 160 Waktu (menit)

  Waktu (menit) Voltage 2,3 Volt Voltage 2,5 Volt Voltage 2,7 Volt Voltage 2,9 Volt

  Voltage 2,3 Volt Voltage 2,5 Volt Voltage 2,7 Volt Voltage 2,9 Volt Gambar 8 Pengaruh Voltage (Volt) Gambar 7 Pengaruh Voltage (Volt) terhadap % terhadap % Rejeksi untuk Konsentrasi Rejeksi untuk Konsentrasi Bittern 1 pada

  Bittern 2 pada Proses Pemisahan Calsium Proses Pemisahan Calsium (Ca) (Ca)

  JURNAL REKAYASA PERENCANAAN Vol. 4 no.1 Oktober 2007 Gambar 9 Pengaruh Voltage (Volt) terhadap % Rejeksi untuk Konsentrasi Bittern 3 pada Proses Pemisahan

  Calsium (Ca)

  20

  40

  60

  80 100

  20

  40

  60 80 100 120 140 160 Waktu (menit) % R ej eks i

  Voltage 2,3 Volt Voltage 2,5 Volt Voltage 2,7 Volt Voltage 2,9 Volt

  Pada proses pemisahan ion Kalium (K), waktu yang diperlukan untuk memperoleh % Rejeksi terbesar adalah pada t = 150 menit, sedangkan pada ion Calsium (Ca) membutuhkan waktu selama 30 menit. Hal ini dikarenakan konsentrasi ion Kalium (K) dalam Bittern jauh lebih besar dibanding konsentrasi ion Calsium (Ca) dalam Bittern sehingga ion Kalium (K) membutuhkan waktu lebih lama untuk proses pemisahannya.

  Pada penelitian ini, voltage yang diperlukan pada pemisahan ion Kalium (K) untuk menghasilkan hasil yang optimal sebesar 2,3 Volt sedang untuk pemisahan ion Calsium (Ca) sebesar 2,9 Volt.

  Perolehan besarnya voltage untuk pemisahan ion Calsium (Ca) pada penelitian ini sebesar 2,9 Volt sesuai dengan perhitungan yang ada dalam teori (Vogel), sementara itu untuk ion Kalium (K) sedikit berbeda dari perhitungan secara teori.

  Secara perhitungan diperoleh besarnya voltage untuk ion Kalium (K) sebesar 2,92 volt dan dari hasil penelitian diperoleh 2,3 Volt, perbedaan ini disebabkan karena permeabilitas (kemampuan memisahkan) membrane elektrodialisis ini terhadap ion Kalium (K) sangat tinggi sehingga ion Kalium (K) mudah menembus membran dalam voltage yang rendah. PROSES PEMISAHAN ION K DAN Ca DALAM BITTERN DALAM MEMBRAN ELEKRODIALISI Nur Hapsari

  Sementara itu dari keseluruhan DAFTAR PUSTAKA variable operasi yang dijalankan (yaitu Cheryan . M, Ultrafiltration Hand book, konsentrasi feed, voltage kuat arus dan Publishing Company. Inc

  Technomic

  waktu operasi), dari hasil penelitian 851, New Holland Avenue, 1986 menunjukan bahwa hasil terbaik untuk ion Fane.A.G, Pressure - Driven Membrane Kalium (K) diperoleh pada konsentrasi Processes Microfiltration , feed sebesar 57.353,55 ppm, voltage kuat Ultrafiltration , and Reverse st arus sebesar 2,3 Volt dengan waktu selama Osmosis , Proceedings of the 1

  150 menit dan % Rejeksi yang diperoleh Indonesian-Australian Workshop on sebesar 98,18% , sedang untuk ion Membranes, ITB, Bandung. 2000 Calsium (Ca) diperoleh pada konsentrasi Hartomo, A . J dan Widiatmoko, M.C, feed sebesar 4.938 ppm, voltage kuat arus Teknologi Membran Untuk sebesar 2,9 Volt dengan waktu selama 30 Pemurnian Air, Penerbit Andi Offset, menit dan % Rejeksi yang diperoleh Yogyakarta, 1994 sebesar 98,93%. Mulder , M , Basic Principles of

  Membrane Technology , Kluwer SIMPULAN Academic Publishers, Netherlands

  1. Membran elektrodialisis yang 1991 digunakan pada penelitian ini selektif Rautenbach, R. Albrecht, R, Membrane terhadap ion Kalium (K) dan Calsium

  Processes, John Wiley & Sons, (Ca).

  Chichester, New York, Brisbane,

  2. Perpindahan ion terbaik berlangsung Toronto, Singapore. 1989 pada kondisi : untuk ion Kalium (K) Redjeki, Sri,, Desalinasi Air Payau diperoleh pada konsentrasi feed sebesar Dengan Proses Elektrodialisis, 57.353,55 ppm, voltage kuat arus Disertasi, Program Pasca Sarjana sebesar 2,3 Volt dengan waktu selama UNAIR Surabaya. 2005 150 menit dan % Rejeksi yang Vogel, Texbook of Macro and Semimicro diperoleh sebesar 98,18% , sedang Qualitative Inorganic Analysis, ed. untuk ion Calsium (Ca) diperoleh pada V , Longman Group Limited, London. konsentrasi feed sebesar 4.938 ppm, 1979 voltage kuat arus sebesar 2,9 Volt Wenten, I . G . Wiguna, Teknologi dengan waktu selama 30 menit dan % Membran Industri ITB-Bandung.