Laporan Praktikum Ion Exchange Indonesia

LAPORAN PRAKTIKUM PTK 4
“ ION EXCHANGE “

Disusun Oleh :
Ariesta Dwi Utami

(2015430005)

FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH JAKARTA
2017

I.

PRINSIP PERCOBAAN
Melakukan pemisahan dengan teknik pertukaran ion berdasarkan pada
jumlah gugus ion yang dapat ditukar yang terkandung dalam setiap gram
bagian resin tersebut

II.

MAKSUD DAN TUJUAN
 Praktikan diharapkan dapat memahami prinsip kerja alat Ion
Exchange pada proses pelunakan air dan demineralisasi
 Prektikan dapat mengetahui aplikasi alat ion exchange pada dunia
industri
REAKSI
-

III.

IV.

DASAR TEORI
Ion exchange adalah suatu proses untuk pemurnian air dimana ionion dalam suatu larutan ditukar dengan suatu penukar ion (berupa resin),
padatan, gel. Tipe-tipe penukar ion adalah resin penukar ion, zeolite,
montmorillonite, tanah liat dan humus. Penukar ion adalah suatu penukar
kation untuk anion bermuatan positf dan penukar anion untuk ion bermuatan
negatif. Pertukaran ion adalah suatu proses reversible dimana penukar
ionnya dapat diregenerasi mealui suatu pencucian dengan suatu kelebihan
ion yang dapat ditukar.

Resin penukar ion adalah suatu strukur polimer yang mengandung
suatu gugus aktif yang terikat pada kerangka organik. Proses pembentukan
resin terdiri dari dua tahap yaitu pembentukan gugus aktif. Umumnya untuk
pembentukan kerangka biasa dipakai cross linked polystirene yang dibentuk
dari tetesan cairan monomer yang disuspensikan dalam air. Dari proses
tersebut diperoleh butiran yang keras, transparan, tidak berwarna dan kedap
air. Butiran-butiran ini belum memiliki sifat penukar ion.
Dalam pengolahan air minum, media ion exchange harus memiliki
sifat-sifat sebagai berikut:
a. Memiliki ion dalam media ion exchange itu sendiri;
b. Tidak larut dalam air;
c. Memiliki luas permukaan yang cukup pada struktur pori-pori
sehingga mudah bagi ion untuk melewatinya;
d. Memiliki kapasitas ion exchange dan dapat diregenerasi dengan
bahan kimia yang sesuai;
e. Bersifat tahan lama dan stabil secara kimia;
f. Tidak beracun dan dalam penggunaannya tidak mewarnai air.

Kegunaan Ion Exchange pada dunia Industri :
a. Pada industri pemurnian air digunakan untuk menghasilkan air

lunak.hal ini terpenuhi dengan pertukaran ion antara Mg dan Ca
terhadap Na dan H.
b. Pada Indutri Biokimia untuk memisahkan molekul seperti
protein. Proses ini diterapkan juga pada pelunak air.
c. Pada industri makanan, hydronetallurgi, finishing metal, bahan
kimia dan petrokimia, farmasi, gyla dan lain lain.
d. Untuk pembuatan denim dan air lunak sebagai air umpan dan
make up water pada boiler.
Pertukaran kation akan menukar ion bermuatan positif, penukaran
anion akan menukar ion negatif. Keduanya merupakan zat yang bermolekul
tinggi dengan gugus aktif yang dapat dilakukan, yang terkompensasi dengan
ion lawan sesuai yang dapat bergerak. Penukar kation terdiri dari matrik
polianion tiga dimensi dengan kation yang bebas bergerak, penukar anion
sesuai dengan itu terdiri dari matriks polikation dengan anion yang bebas
bergerak. Semua pertukaran ion yang bernilai dalam analisis (proses
penentuan adanya unsur atau kuantitas tiap unsur), memiliki beberapa
kesamaan sifat, yaitu hampir tidak larut dalam air atau dalam pelarut organik
dan mengandung ion-ion aktif atau ion-ion lawan yang bertukar secara
reversible (mampu bergerak ke arah yang berlawanan) dengan ion-ion lain
dalam larutan yang mengelilinginya, tanpa disertai terjadinya perubahanperubahan fisika yang berarti dalam bahan tersebut. Pertukaran ion ini

bersifat kompleks dan sesungguhnya adalah polimetrik. Polimer ini
membawa suatu muatan listrik yang dapat dinetralkan oleh muatanmuatan
pada ion-ion lawannya (ion aktif). Ion-ion aktif ini berupa kation-kation
dalam suatu penukar kation dan berupa anion-anion dalam penukar anion
(Khopkar, 1990).
A. RESIN
Resin adalah suatu polimer yang secara elektris memiliki muatan yang
satu ionnya dapat digantikan oleh ion lainnya. Berbentuk matriks yang tidak
dapat larut yang berdiameter ± 1−2 mm .
Sering kali resin dipakai untuk menghilangkan molekul yang besar dari
air misalnya asam humus, lignin, asam sulfonat. Untuk regenerasi dipakai
garam alkali atau larutan natrium hidroksida, bisa juga dengan asam klorida
jika dipakai resin dengan sifat asam.Dalam regenerasi itu dihasilkan eluen
yang mengandung organik dengan konsentrasi tinggi.
Adapun Sifat-sifat resin yang baik adalah sebagai berikut:
 Mempunyai kapasitas ikatan silang yang kuat yang dapat
menghilangkan sejumlah ion tertentu

 Resin dengan ukuran partikel kecil akan semakin baik, sebab
dibutuhkan luas kontak yang besar

 Resin mempunyai stabilitas yang dapat digunakan dalam waktu yang
lama, tidak mudah aus/rusak dalam regenerasi
 Kapasitas total yang tinggi. Maksudnya resin memiliki kapasitas
pertukaran ion yang tinggi.
 Kelarutan yang rendah dalam berbagai larutan sehingga dapat
berulang- ulang. Resin akan beroperasi dalam cairan yang
mempunyai sifat melarutkan, karena yaitu resin harus tahan terhadap
air
 Kestabilan kimia yang tinggi. Resin diharapkan dapat bekerja pada
range pH yang luas serta tahan terhadap asam dan basa. Demikian
pula terhadap oksidasi dan radiasi.
 Kestabilan fisik yang tinggi. Resin diharapkan tahan terhadap
tekanan mekanis, tekanan hidrostatis cairan serta tekanan osmosis.
Kebanyakan pemisahan resin penukar ion dilakukan dalam media air
sebab sifat ionisasi dari air. Resin penukar ion dengan fasa gerak media air,
retensi puncak dipengaruhi oleh kadar garam total atau kekuatan ionik dan
oleh pH fasa gerak. Kenaikan kadar garam dalam fasa gerak menurunkan
retensi senyawa cuplikan. Hal ini disebabkan oleh penurunan kemampuan
ion cuplikan bersaing dengan ion fasa gerak untuk gugus penukar ion pada
resin. Resin didalam kolom akan rusak jika tidak terendam larutan atau air.

Perlu diketahui bahwa air murni yang digunakan dalam laboratorium ini
bukan aquades (air suling) melainkan aqua demineralisasi (aqua-dm) ialah
air yang bebas dari anion. Air ini diperoleh dengan cara mengalirkan air kran
melalui resin penukar ion, jadi bebas ion-ion (Sutrisno, 2009).
B. Proses Pertukaran Ion
Proses pertukaran ion dalam resin dibagi menjadi 2 macam proses, yaitu:
1. Proses Softening (Pelunakan)
Proses pelunakan termasuk dalam proses pertukaran ion untuk
menghilangkan ion-ion terlarut yang tidak dapat dihilangkan melalui
proses klarifikasi dan flokulasi. Proses softening air dapat digunakan
untuk menghilangkan zat-zat kimia pengeras air, yakni ion kalsium dan
magnesium. Pertukaran Kation Pada Proses Softening Air Jika R adalah
senyawa resin, maka reaksi pertukaran ion kalsium yang terjadi pada
proses softening air adalah sebagai berikut:
2 RNa + Ca2+ → R2Ca + 2 Na+
Pada proses softening air, pertukaran ion terjadi pada saat air
dengan kandungan ion kalsium (Ca2+) dan magnesium (Mg2+) melewati
gugusan resin kation. Pada awalnya molekul resin mengikat lemah ion

sodium (Na+) dan karena ion molekul resin memiliki gaya tarik-menarik

yang lebih kuat dengan ion kalsium dan magnesium, maka terjadilah
proses pertukaran ion. Molekul resin melepas ion sodium ke dalam air,
diikuti dengan pengikatan ion kalsium dan magnesium ke molekul resin.
Tujuan pelunakan air adalah untuk menurunkan dan menghilangkan
kesadahan air. Dengan kandungan air saadah yang rendah dapat
meminimalisasikan terbentuknya kerak jika digunakan air umpan boiler
dan air pendingin.
C. Tahapan Deionizer
 Tahap kation exchange
Pada tahap ini kandungan garam mineral dikurangi. Kation dan
garam-garam mineral adalah Ca, Mg, Na, K. Mineral tersebut memiliki
afinitas yang lebih tinggi dari H2 sehinga pada proses kation exchange,
kation-kation tersebut dapat menggeser ion dalam persenyawaan resin.
Reaksi yang terjadi adalah:
2R-SO3 + CaSO4 → (R-SO3)2 C
 Tahap Anion Exchange
Merupakan tahap lanjutan dari kation exchange. Prinsip kerjanya
sama dengan kation exchange hanya saja resin yang digunakan berbeda,
yaitu:
 Weakly basic anion exchange, hanya dapat menghilangkan klor dan

nitrat, Reaksinya
RNH3 + HCl → RNH3Cl + H2O
 Strong basic anion exchange, dapat menghilangkan anion-anion kuat,
asam silica, sulfat dan karbonat.Reaksi yang terjadi
R4NaOH + HIO3 → R4NHSIO3 + H2O
Air yang dihasilkan dari proses diatas, ditampung dalam tangki air murni
(pure water tank)
Secara umum proses erjadi pada proses penukaran ion adalah:
1. Back wash
Tahap pencucian balik dilakukan jika kemampuan resin telah mencapai
titik habis.Sebagai pencuci, digunakan air produk. Pencucian balik
mempunyai sasaran sebagai berikut:
 Pemecahan resin yang tergumpal
 Penghilangan partikel halus yang terperangkap dalam ruang antar resin
 Penghilangan kantong-kantong gas dalam reaktor, dan
 Pembentukann ulang lapisan resin
Pencucian balik dilakukan dengan pengaliran air dari bawah ke atas (up flow).

2. Proses pertukaran ion (service)
Pada tahap ini terjadi reaksi pertukaran ion. Tahap service ditentukan

oleh konsentrasi ion yang dihilangkan terhadap waktu, atau volume air
produk yang dihasilkan. Hal yang penting pada tahap layanan dalah kapasitas
(teoritik dan operasi) dan beban pertukaran ion (ion exchange load).
Kapasitas pertukaran teoritik didefinisikan sebagai jumlah ion secara teoritik
yang dapat dipertukarkan oleh resin per satuan massa atau volume resin.
Kapasitas pertukaran ion teoritik ditentukan oleh jumlah gugus fungsi yang
dapat diikat oleh matriks resin.
3. Regenerasi (pengaktifan kembali)
Regenerasi merupakan proses dimana resin-resin sudah mengalami
kejenuhan akan ion-ion yang diikatnya baik anion dan kation. Maka ion-ion
tersebut akan dihilangkan atau dibuang dari resin-resin tersebut. Pada anion
dengan cara menghilangkan dengan NaOH, kemudian pada kation dengan
cara menambahkan dengan HCL. Aliran mengalir dari atas ke bawah
4. Rinse (pengambilan regenerant)
Proses ini bertujuan untuk menghilangkan regenerant yang masih tersisa
pada kolom.
D. Proses Deionisasi (Demineralisasi)
Pertukaran Ion Pada Proses Demineralisasi Air Sedikit berbeda dengan
proses demineralisasi air, pada ujung rangkaian, molekul resin berikatan dengan
ion H+ dan OH-. Pada saat air melewati gugusan resin, akan terjadi pengikatan

ion-ion mineral yang terlarut di dalam air karena molekul resin memiliki gaya
tarik-menarik lebih besar dengan ion molekul dari pada ion H+ dan OH
Pada tiap proses pertukaran ion, dilakukan regenerasi resin jika resin
sudah jenuh. Jenuh berarti keseluruhan molekul resin telah berikatan dengan
ion-ion sasaran. Pada proses softening air, resin dikatakan jenih jika keseluruhan
molekul resin telah berikatan dengan ion kalsium atau magnesium. Jenuhnya
resin ditandai dengan air output dari kolom resin masih mengandung ion-ion
kalsium dan magnesium.
Keunggulan Ion Exchange:
1. Mengurangi / menghilangkan unsur inorganik dengan baik
2. Bisa diregenarasikan kembali.
3. Dapat digunakan untuk 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 lebihmurah.

Kekurangan Ion Exchange:
1. Semakin tinggi TDS semakin tinggi biaya operasional.
2. 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

Gambar Proses pelunakan air

V.

Gambar Proses Demineralisasi

RANGKAIAN ALAT

Statif

Klem

Erlenmeyer

Gambar Ion Exchange TR02

VI.

ALAT DAN BAHAN
a) Alat yang digunakan

1. Ion Exchange TR02
2. Beaker glass
3. Buret

4. Pipet
5. Erlenmeyer
6. Timbangan

b) Bahan:
1. CaCl2 0.05 N
2. Asam Oksalat 0.007 N
3. NaOH 0.05 N
VII. CARA KERJA
1. Buat larutan CaCl2 0.05 N dalam 2000ml air
2. Buat larutan NaOH 0.05 N dalam 250 ml air
3. Buat Larutan Asam Oksalat 0.007 N dalam 50 ml air
4. Titrasi asam oksalat 25 ml dengan NaOH dan penambahan indikator PP 3
tetes
5. Titrasi CaCl2 50 ml dengan NaOH menggunakan indikator PP 3 tetes
6. Masukkan air kedalam Test water
7. Atur metering pump 60 dan control valve 60
8. Masukkan CaCl2, kemudian atur metering pump 70 dan control valve 70
selama 7 menit
9. Ambil CaCl2 Hasil pemurnian 50ml dan titrasi dengan NaOH dengan
penambahan Indikator PP 3 tetes
VIII. DATA PENGAMATAN DAN PERHITUNGAN
Pembuatan NaOH 0.05 N 250 ml
N × V × Mr
gr =
1000
0,05× 250 × 40
=
1000
= 0,5 gram
Pembuatan CaCl2 0.05 N 2000 ml
N × V × Mr
gr =
1000
0,05× 2000 ×111
=
1000
= 11.1 gram

Pembuatan Asam Oksalat 0.007 N 50 ml
N × V × Mr
gr =
1000
0,007 ×50 × 45
=
1000
= 0,00157 gram
Data Titrasi
Komponen

NaOH

Asam Oksalat

8.4 ml

CaCl2

0.2 ml

CaCl2 (Setelah pemurnian)

0.1 ml

Standarisasi Asam Oksalat
V1.N1 = V2.N2
25× 0.007
N=
= 0.021 N
8.4
Standarisasi CaCl2 dengan NaOH
V1.N1 = V2.N2
0.2× 0.05
N=
= 0.0002 N
50
Standarisasi CaCl2 (Setelah pemurnian) dengan NaOH
V1.N1 = V2.N2
0.1× 0.05
N=
= 0.0001 N
50
KPK

=

|C 1−c 2|× Vp× Be ×100 %

|0.0002−0.0001|× 2000 ×111× 100 %

1000
IX.

1000

=

= 2.22 %

PEMBAHASAN
Ion Exchange adalah suatu proses untuk pemurnian air dimana ion-ion
dalam suatu larutan ditukar dengan suatu penukar ion (berupa resin),
padatan, gel. Tipe-tipe penukar ion adalah resin penukar ion, zeolite,
montmorillonite, tanah liat dan humus. Proses pertukaran ion dibagi menjadi
2 proses yaitu proses softening dan demineralisasi. Proses Sotening adalah
proses penghilangan ion ion dalam larutan yang tidak dapat hiang dengan
menggunakan metode klarifikasi dan flokulasi. Sedangkan demineralisasi

adalah proses penggantian Kation dengan gugus hidrogen dan Anion dengan
gugus Hidroksil.
Pada praktikum ini menggunakan bahan CaCl2 NaOH dan asam oksalat.
Sedangkan alat yang digunakan adalah Ion exchange tipe TR 02. Tahap
pertama pembuatan larutan CaCl2 0.05 N sebanyak 2000 ml, NaOH 0.05 N
sebanyak 250 ml DAN Asam oksalat 0.007 N sebanyak 50 ml. Setelah itu
asam oksalat 25 ml dititrasi dengan NaOH dengan penambahan indikator PP
3 tetes. Titrasi ini berfungsi untuk mengetahui Normalitas NaOH. Setelah itu
titrasi CaCl2 50 ml dengan NaOH dengan penambahan indikator PP 3 tetes.
Titrasi ini berfungsi untuk perbandingan titrasi.
Langkah selanjutnya masukkan air kedalam test water, kemudian atur
metering pomp 60 dan control valve 60. Hal ini bertujuan untuk
membersihkan resin dari sisa regenerat yang ada. Selanjutnya masukkan
CaCl2 atur metering pomp 70 dan control valve 70 di proses selama 7 menit.
Semakin rendah pengaturan metering pomp dan control valve akan
menghasilkan pemurnian yang semakian tinggi. Selanjutnya ambil CaCl 2
yang sudah dimurnikan 50 ml lalu titrasi dengan NaOH dengan penambahan
indikator PP 3 tetes. Titrasi ini berfungsi untuk perbandingan CaCl 2 sebelum
dan sesudah di murnikan.
Pada praktikum ini didapatkan hasil perbandingan titrasi CaCl 2 sebelum
dan sesudah di murnikan adalah 0.0002 N dan 0.0001 N. Sedangkan nilai
KPK 2.22% . semakin besar nilai KPK maka akan semakin bagus hasil
pemurnin larutan tersebut
X.

KESIMPULAN
Kesimpulan yang di dapat dari praktikum ini adalah
 Ion Exchange adalah suatu proses untuk pemurnian air dimana ionion dalam suatu larutan ditukar dengan suatu penukar ion (berupa
resin), padatan, gel.
 Semakin kecil pengaturan matering pomp dan control valve maka
akan menghasilkan kemurnian yang lebih tinggi
 Semakin lama waktu kontak resin dengan larutan maka akan makin
murni
 KPK yang dihasilkan pada praktikum ini 2.22% semakin tinggi nilai
KPK maka akan semakin bagus tingkat kemurniannya.

XI.

Daftar Pustaka
Anonimus, 2015. Modul Praktikum Operasi Teknik Kimia, Fakultas Teknik
UniversitasMuhammadiyah Jakarta.