PEMBUATAN
Mn-ZEOLIT UNTUK PENYERAPAN LIMBAH RADIOAKTIF Sr-90 DAN LIMBAH Fe Husen Zamroni, Thamzil Las Pusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif
ABSTRAK PEMBUATAN Mn-ZEOLIT UNTUK PENYERAPAN LlMBAH RADIOAKTIF Sr-90 DAN LlMBAH Fe. Telah dilakukan pembuatan Mn-Zeolit untuk pengolahan limbah Sr-90 dan limbah Fe++. Pad a penelitian ini pengolahan limbah radioaktif cair Sr-90 dan limbah Fe++ ini dilakukan dengan teknik Batch yaitu dengan memasukkan limbah Sr-90 dan limbah Fe++ ke dalam botol polyetilen yang masing-masing botol telah berisi Mn-Zeolite .Pengolahan ini dilakukan untuk penentuan kapasitas tukar kation(KTK) dan Koefisien distribusi (Kd). Hasil penelitian yang dilakukan diperoleh kondisi optimum penyerapan Sr-90 oleh Mn-Zeolite pada pH 6 dengan nilai Kd = 7159 ml/g dan KTK 1,92 meq/g.Nila.i KTK dari Mn-Zeolit terhadap Fe++ sebesar 1,29 meq/g dan nilai Kd sebesar 1687 ml/g.
ABSTRACT PREPARA TION Mn-ZEOLfT FOR SORPTION OF Sr-90 RADIOACTIVE WASTE AND Fe CONTAINING WASTE. Mn-Zeolit have been prepared for treatment of radioactive waste containing Sr-90 and Fe. The experiment was contacted the sorbent with the wasteby batch methode, using the polyethylene bottles. This experiment were also used for determination Cation Exchange Capacity (CEC) and Distribution Coeficient (Kd). The results was shown that the maximum sorption of Sr-90 was obtained on pH 6 with Kd = 7159 ml/gram and CEC 1,88 meq/g. The CEC of Fe++ was obtained to be 1,29 meq/g with Kd = 1687 ml/g
PENDAHULUAN Zeolit adalah mineral dengan struktur kristal alumino silikat yang berbentuk rangka (framework) tiga dimensi, mempunyai rongga dan saluran, serta mengandung ion Na, K, Mg, Ca dan Fe serta molekul air. Semenjak tahun 1984 tersebut, zeolit telah diklasifikasi sebagai suatu jenis mineral tersendiri, yang sebelumnya sering dimasukkan jenis batuan lempung (clay materials) atau jenis mineral silikat. Walaupun batuan lempung merupakan mineral alumino silikat tetapi mempunyai struktur lapisan (layer) dan sifat pertukaran ionnya terutama disebabkan gugusan hidroksil dimana ion H dapat digantikan dengan ion lain. Pertukaran ion pada zeolit disebabkan substitusi "isomorf " AI pada tertrahedra Si dan semua atom AI pada zeolit adalah dalam bentuk tetrahedra, bukan dalam bentuk oktahedra seperti pada batuan lempung. Pada saat ini teknologi pengolahan bahan galian zeolit masih sederhana sehingga sebagian besar zeolit diproduksi untuk bidang pertanian yaitu untuk campuran pupuk tanaman[5]. Oi luar negeri dengan mempelajari struktur kristal sangkar serta empat sifat utama zeolit yaitu sebagai sorben, ion-exchange, molecular sieving dan katalis maka pemanfaatan zeolit telah berkembang sedemikian rupa mulai dari penyediaan bahan baku industri sampai pada sistim pembuangan limbah industri. Zeolit yang terdapat secara alami kiranya dapat dimodifikasi untuk ditingkatkan kualitasnya menjadi mineral industri, sehingga ketergantungan industri nasional pada material impor dapat dikurangi. Makalah ini akan
HasiJ PeneJitian Tahun 2000
membahas potensi zeolit modifikasi seperti Mn-Zeolit yang banyak digunakan untuk penyerapan Fe++ pada penyaringan air. Penggunaan M.n-Zeolit untuk penyaringan air sangat banyak digunakan baik untuk industri maupun rumah tangga. Kandungan Fe++ dalam a:r yang digunakan untuk industri haru&, di control dengan baik. Misalkan penggunaan air untuk industri semikonduktor tidak boleh mengandung 0,005% ion besi. Sedangkan untuk industri tekstil dan kertas diperbolehkan 0,3%. Fe++ dalam air biasanya dalam bentuk ion atau chelate. Fe++ dihilangkan dengan ion exchange atau oksidasi Fe++ dalam bentuk ferri hidroksida yang akan mengendap. Oksidasi dapat dilakukan dengan udara, oksidasi dengan C12, KMnO4 atau dengan filtrasi yang dilewatkan melalui material ion exchanger yang mengandung manganese. Natural Zeolit yang mengandung manganese dapat digunakan untuk mengekstrak ion besi dari air.
TAT A KERJA Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah zeolit alam yang berasal dari Bayah jawa Barat. Zeolit yang digunakan dibersihkan dari kotoran dan batuan batuan lain kemudian dikeringkan diudara. Zeolit alam dihaluskan dan diayak untuk mendapatkan ukuran partikel zeolit antara 35-50 mesh. Zeolit dimurnikan dengan cara di ref/uk dengan air demin selama 24 jam untuk mendapatkan zeolit bersih dari pengotor. Zeolit murni yang sudah diperoleh sebanyak 50 gram kemudian direndam dengan larutan KMnO4 konsentrasi 0,1 M selama 24 jam. Zeolit yang sudah direndam larutan KMnO4 kemudian di cuci dengan air demin sampai bersih dari larutan KMnO4. Zeolit yang sudah bersih merupakan material Mn Zeolit. Mn Zeolit yang telah di buat dipanaskan sampai 100°C sampai kering. Mn Zeolit yang sudah diaktivasi sebanyak 0,1 gram dikontakkan dengan limbah Sr-90 aktivitas 2,7 x 1 0-2 ~ci/ml dan Fe++ konsentrasi 21 ppm dalam potol polietilen volume 25 ml dalam berbagai yariasi waktu. Beningan kemudian dipisahkan dan dianalisis menggunakan Liquid Scintillation Chromatography (LSC) atau Atomic Absorsi Spectrometer (MS).
METODE PENELITIAN Cairan yang telah di kontakkan dengan Mn-Zeolit di analisis menggunakan LSC atau MS. Perhitungan Faktor dekontaminasi (FD) dan efisiensi pemisahan (,,) dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini :
FD=~
Ct
dan
Keterangan : FD = Faktor dekorltaminasi 11 = Efisiensi pemisahan Co = Aktivitas limbah awal Cj = Aktivitas beningan Hasl/ Penel/t/an Tshun 2000
103
11=
~~ Co
x100%
Sedangkan untuk penentuan Kapasitas Tukar Kation (KTK) dan Koefisien Distribusi (Kd) dihitung dengan menggunakan rumus : KTK=
xN
Kd = Co-Ct
V
--c;t-xW Keterangan : Kd = Distribution Coefisient KTK = Kapasitas Tukar Kation W = Berat (gram) V = Volume (ml) N = Normalitas Co = Aktivitas limbah awal Ct = Aktivitas beningan
HASIL DAN PEMBAHASAN Pengaruh rendaman KMnO4 dalam Zeolit menyebabkan kenaikan kandungan Mn dalam Zeolit. Kandungan Mn dalam zeolit (clinoptilolit) sebelum kontak dengan KMnO4 sebanyak 0,07% sedangkan sesudah korltak dengan KMnO4 menyebabkan kenaikan kandungan Mn dalam zeolit naik menjadi 0,65%. Proses yang terjadi disamping pertukaran ion juga terjadi proses oksidasi. Peningkatan jumlah Mn dalam zeolit menyebabkan kemampuan oksidasi zeolit terhadap ion Fe ++ meningkat. Proses terjadinya reaksi oksidasi Fe ++oleh Mn Zeolit adalah sebagai berikut : Fe ++ + 02
-io
FeOx -+
Fe ++ + Mn++ + O2
Fe(HCO3)2 + KMnO4 Mn(HCO3)2 + KMnO4
Hasil Penelitian Tahun 2000
FeOxJ. + MnO2J. ~ ~
Fe(OH)3 + MnO2 MnO2
104
I~ ~J3597
:rabel 2. Kenaikan i~mla~I~?n~.adaZe~lit B~~a.~.--~W/W 72,81
MoI/10°S1,2117
Mo~~~ Ml 1,00
~9 GaO MgOI MnO2-
1,94 Konsentrasi awal Fe ++sebesar 21 ppm Oari proses diatas diperoleh nilai KTK dari Mn-Zeolit terhadap Fe ++ seb,esar 1,29 meq/gram dan nilai Kd sebesar 1687.
Pengaruh kemampuan serapan zeolit terhadap Sr-90 Proses pertukaran ion oleh Zeolit terhadap Sr-90 terjadi sebagai berikut Sr++ + 2H-Z
~
SrZz + 2 H+
Pad a proses ini tidak terjadi oksidasi oleh Mn-zeolit yang terjadi hanya pertukaran ion. Pada Tabel 4 menunjukkan kapasitas tukar Mn- zeolit terhadap Sr-90 tidak mengalami kenaikan oleh pengaruh jumlah Mn dalam Zeolit.
HasiJ PeneJitian Tahun 2000
105
60000 'U"
~0; OJ
.0
E 40000 (/)
'5
c: Q)
"0;
~ ~ 20000
1
2
3
4
5
6
7
8
9
pH
Gambar 1. Grafik hubungan antara pH dengan Koefisien
distribusi
100
cO:'
90
f!:!. c: IV Co IV
Qj
~ ~
80
"Uj
c:
Q)
'Uj I;:
w 70
60
Gambar 2. Grafik hubungan antara pH dengan Efisiensi
Penyerapan
Pada pH 8 mengalami penurunan harga Kd, FD dan 11,kemudian pada pH 12 mencapai optimum, harga KTK dari l,B diperoleh 1,88 pada pH optimum (pH 6).
Hasil Penelitian Tahun 2000
106
KESiMPULAN DAN SARAN Oari kegiatan penelitian dan pengembangan yang tel.ah dilakukan diberbagai litbang untuk itu beberapa kesimpulan dan saran dapat disampalkan sebagai berikut: 1. Mengingat sebagaian besar zeolit Indonesia masih berkualitas rendah sebagai mineral galian, maka perlu penelitian yang terpadu untuk meningkatkan kualitas zeolit menjadi mineral industri. 2. Penggunaan zeolit dalam bidang industri dan lingkungan memerlukan pemahaman struktur zeolit, mekanisme difusi ion, termodinamika dan kinetika reaksi pertukakaran ion. 3. Pengetahuan zeolit telah dapat mempertemukan berbagai bidang ilmu pengetahuan, mineralogi, geologi, kristalografi, kimia, pertanian dan lingkungan. Seyogianya suatu organiasi profesi keahlian zeolit dapat dibina sebagai fungsi kontrol kualitas serta standarisasi zeolit dimasa mendatang.
DAFTARPUSTAKA 1. MUMPTON, F.A and SAND, L.B., in "Natural Zeolite, occurence, properties and uses", (Eds Sand, L.B and Mumpton, F.A.), Pergamon Press, London, (1979). 2. BRECK, D.W., "Zeolite Molecular Sieves", John Willey Interscience, New York, (1974) , 3. 4.
DYER, A, "Introduction to Zeolite Molecular Sieves", John Willey and Sons, Chichester, (1988) TSITSISHVILI, G.V., et. al., "Natural Zeolites", Ellis Harwood, New York,
5.
(1992) LAS. T, " Use of Natural Zeolite for Nuclear Waste Treatment",
,6. 7. 8. 9. 10. 11.
12. 13.
PhD
Thesis, Dept. Applied Chemistry, University of Salford, England (1989) TOWNSEND. R, P., "Ion exchange in zeolites basic principles", Chemistry and Industry, Vol 2,246 (April 1984). DYER., A., "Chemistry and Industry", Vol 2, 241, (1984) LAS T, YATIM S, BUDIMAN P, "Potensi Zeolit Untuk Pengolahan Limbah Industri" UNAND Limau Manis Padang (1996) BLANCHARD, G. et al., Water Res., Vol 18, 1501, (1985) VOILLEQUE, P.G., in "The Three Mile Island Accident", ACS Series 293, Washington D.C, 45, (1986) LAS T., " Use of zeolite for radioactive Waste treatmen and Disposal", on One Day Seminar on Mineral Property and Utilization of Natural Zeolite JSPS-BPPT, Jakarta, (19 Februari1996) LAS T" et.al, "Imcbilisation of 137CS on Cement-Zeolite Composites ",IAEA TECDOC-947, 153-163, IAEA, Viena, 1997 KARGE, H.G" et al., "Zeolite as Catalists, Sorbents and Detergen Builders Applications and Innovation ", Elsevier Science Publishers, Amsterdam, (1989)
Hasil Penelitian Tahun 2000
107
