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 p − Luas 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.