Daftar Isi PENYERAPAN $TRONSIUM DENGAN SORBEN ANORGANIK
(Oksida Logam dan Zeolit) Pusat Pengembangan
Thamzil Las, Husen Zamroni Pengelolaan Limbah Radioaktif-BATAN,
Serpong
ABSTRAK PENYERAPAN STRONSIUM DENGAN SORBEN ANORGANIK. Memisahkan zat radioaktif (Sr-90) yang terdapat dalam limbah dapat dilakukan dengan cara pengen'dapan atau dengan cara pertukaran ion anorganik antara lain zeotit lampung (ZL), zeolit Bayah (ZB), oksida logam (Ti02, dan Mn02). Limbah radioaktif cair mengandung Sr-90 dengan aktivitas awat 2,7,1O'2/!Cilmt digunakan sebagai umpan. Kemampuan penyerapan yang diperoleh pada kondisi optimum untuk ZL yaitu pad a pH 4 (Kd = 6971,9 mllg), ZB pad a pH 6 (Kd = 7159,7 ml/g), Ti02 pada pH 7 (Kd = 8164,4 mVg), Mn02 pad a pH 10 (Kd = 55943,5 mllg), Mn02-B pada pH 12 (Kd = 9035,1 mllg), Kapasitas tukar kation pad a pH optimum ZB adalah 1,92 meq/g, ZL adalah 1,93 meq/g, Ti02 adalah 1,94 meq/g, Mn02 adalah 1,98 meq/g dan MnOz adalah 1,95 meq/g.
ABSTRACT SEPARATION OF STRONTIUM BY INORGANIC SORBEN. The separation of Sr-90 in liquid radioactive wastes was conducted by metal oxides, i.e., Ti02 Mn02 and natural zeolites from Lampung and Bayah. Radioactive wastes containing 2,7 10-2 uCilml was used as feed solution to obtain the separation efficiency and distribution coefficient. The distribution coefficient of Sr was obtained to be 6971,9 mill on ZL (pH 4), 7159,7 mllg on ZB (pH 6), and 8164.4 ml/g on Mn02 (pH 7). The CEC value was obtained to be 1,92 meq/g on ZB, 1,93 meq/g on ZL, 1,94 meq/g on Ti02, and 1,95 meq/g on Mn02.
PENDAHULUAN
Meningkatnya kegiatan industri permintaan energi mendorong manusia untuk mencari sumber energi baru disamping sumber energi yang sudah ada. Sumber energi baru sebagai energi altematif yang berkembang dengan pesat sampai saat ini adalah sumber energi yang berasal dari pembelahan inti-inti atom bahan fisi dan energi yang dihasilkan dikenal sebagai energi nuklir. Penerapan teknologi nuklir untuk menghasilkan energi dapat berkembang dengan pesat karena telah terbukti bahwa dengan teknologi nuklir dapat menghasilkan energi dengan biaya yang relatif lebih murah daripada energi yang berasal dari pembangkit listrik yang lain. Oi samping dapat diterapkan dalam bidang energi, teknologi nuklir dapat juga diterapkan dalam bidang kedokteran, pertanian, riset, hidrologi, industri dan sebagainya. Hal yang harus diperhatikan dalam pemanfaatan teknologi nuklir biasanya disertai dengan timbulnya limbah radioaktif hal ini memerlukan penanganan yang seksama. Limbah radioaktif dapat menimbulkan bahaya pada manusia dan lingkungan. Jadi disamping mendatangkan manfaat yang sangat besar, teknologi nuklir dapat juga menimbulkan limbah yang harus dikelola dengan baik. Pengoperasian reaktor daya (PLTN) dapat menimbulkan unsur-unsur yang
165
bersifat radioaktif akibat proses tisi maupun aktivasi. Limbah radioaktif merupakan bahan yang sudah tidak terpakai lagi, limbah tersebut tidak dapat didispersikan fangsung ke lingkungan melainkan setelah diencerkan, atau disimpan pada tempat dan waktu tertentu. Penempatan limbah radioaktif ke lingkungan dapat mendatangkan berbagai macam akibat negatif pada manusia apabila cara penyimpanannya dilakukan tanpa mempelajari terlebih dahulu kondisi lingkungan yang memenuhi syarat untuk dipakai sebagai lokasi penyimpanan limbah radioaktif maupun tidak memperhitungkan aktivitas limbah radioaktif yang akan disimpan. Jalan yang sering ditempuh untuk menekan serendah mungkin aktivitas limbah radioaktif yang didispersikan ialah dengan mengolah limbah terlebih dahulu sebeJum didispersikan ke lingkungan. Jenis limbah yang bervariasi menyebabkan sistim pengolah limbah yang bermacam-macam. Masing-masing sistim hanya efektif jika dipakai untuk mengolah limbah jenis yang tertentu saja. Agar pelaksanaan pengolahan limbah radioaktif dapat memberikan hasil yang memuaskan, maka harus dilakukan pemilihan proses dengan seksama sehingga proses itu sesuai dengan jenis limbah yang akan diolah. Keberhasilan pelaksanaan pengolahan limbah radioaktif sangat dipengaruhi oleh keberhasilan dalam melakukan pemilihan proses yang cocok
setelah itu memipet 20 ml larutan limbah ini ke dalam botol yang telah terisi masingmasing adsorbent. Kemudian larutan ini dirolling dengan menggunakan Shackermineralogical roller selama 7 hari. Setelah disentrifuge, kemudian disentrifuge selama 10 menit dan dibiarkan selama 5 menit pula, setelah itu memipet larutan terse but masingmasing 20 ml ke dalam botol yang kosong. . Kemudian larutan ini dihitung (dicacah) dengan alat LSA untuk mengetahui kemampuan penyerapan adsorbent terhadap limbah tersebut. Efisiensi pemisahan (Ef) dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini :
untuk mengolah limbah tersebut, sedang pemilihan proses yang cocok dapat dilakukan apabila jenis maupun aktivitas radionuklida yang terkandung dalam limbah itu diketahui. Dalam penelitian ini dilakukan percobaan penyerapan Sr-90 dalam simulasi limbah radioaktif cair aktivitas rendah dengan menggunakan sorben Ti02, Mn02 dan Zeolit lampung (Zl) dan Zeolit B,ayah (ZB). Limbah simulasi yang dibuat sesuai dengan limbah radioaktif yang ditimbulkan oleh pengoperasian instalasi nuklir.
TAT A KERJA Peralatan Beberapa peralatan yang digunakan dalam penelitian ini adalah Shackermineralogical roller (Karlkob) untuk pengaduk (rolling) adsorben dan cairan limbah, lSA (Liquid Scintillation Analityc) untuk pencacahan aktivitas Sr-90, Alat Centrifuge Fisher Scientific (Marathon 21K) untuk pemisahan endapan dengan filtrat cairan limbah, Timbangan digital Mettler 4E 200 untuk menentukan berat sampel, Oven pengering sam pel (WTB Binder), pH meter Coming 220 untuk pengukuran pH larutan.
Ef = Co-Ci X100% Co dimana : Ef = Efisiensi pemisahan Co = Aktivitas limbah awal Cj = Aktivitas beningan
(1)
Sedangkan Kapasitas Tukar Kation (KTK) dan Koefisien Distribusi (Kd) dihitung dengan menggunakan rumus : KTK = Co-Ct
V
Co x-W xN
Bahan-bahan Bahan-bahan kimia yang yang digunakan berkualitas PA diantaranya Ti02 99%, Mn02 90%. ZB ukuran 20-40 mesh, Zl ukuran -50+100 mesh dan Stronsiumm-90 dari Amersham dibuat sebagai limbah simulasi. Menimbang SrC12.6H20 sebanyak 5 gram kemudian ditambahkan limbah simulasi Sr-90 sampai volumenya mencapai 1000 ml ke dalam labu ukur.
KTK Co Ct V W N
(2)
= Kapasitas Tukar Kation = Aktivitas limbah awal
= Aktivitas beningan = Volume (ml) = Berat (g)
= Normalitas
Kd = Co - Ct V Ct Xw
(3)
dimana : Kd = Koefisien distribusi W = Serat (gram) V = Volume (ml) Co = Aktivitas limbah awal Ct = Aktivitas beningan
Sorben yang digunakan Zeolit mumi lampung dan Bayah dipersiapkan sesuai dengan prosedur (Thamzil dkk)menggunakan metoda sedimentasi dalam cairan metil iodida (CH31). Zeolit dan sorben lain dikeringkan pada suhu 1100C dalam oven selama 3 jam dan disimpan pada desikator yang mengandung NaCI jenuh.
HASll DAN DISKUSI Pengaruh waktu kontak Setelah di rolling beberapa waktu diperoleh waktu kontak penyerapan Sr-90 dengan adsorbent ZL dan lB memerlukan waktu 8 jam untuk mencapai kondisi optimum, sedangkan untuk Ti02 dan Mn02 masing-masing memerlukan waktu penyerapan 5 jam dan 6jam.
Menentukan Ef, KTK dan Kd Menimbang masing-masing adsorbent (Zl, ZB, Ti02 dan Mn02) sebanyak 0,1 gram ke dalam botol polyetylen. Menyiapkan limbah simulasi Sr-90 sebanyak 1000 ml dan menentukan pH optimum untuk masingmasing adsorbent (lL, lB, Ti02, dan Mn02)
166
100 90 ,....
8000 7000
80
'"
70
:::: 6000
~
60"
.~ 'I} ::!i
50 40
w
30
~
~ .; .",
r-·---------------------------------·-•
5000 4000
.~ 3000 ~o 2000 ~ 1000
20 10
a
o
o
4
8
12
16
20
o
24
1
2
3
4
5
Gambar 1. Pengaruh waktu kontak terhadap efisiensl penyerapan
,.... 8000 -.--------------------------
..,
7000 -
.~ 6000
'5 5000 .., 4000
.i!2
~ 3000 2000 ~ 1000
;§
a
+~--T---T---r ...·--T---·"Io
1 2
3
4
..-+ 1----'------'--'-,+
5
6
7
8
9 10 11
Gambar 3. Pengaruh pH pada Kd dari ZB
Pengaruh pH terhadap kemampuan penyerapan Cairan limbah mengandung Sr-90 dengan sebanyak 20 0'11 dikontakkan penukar ion anorganik, dirolling dengan kecepatan 200 rpm selama 7 hari. Kemudian dipipet 10 0'11 dan disentrifuge selama 10 menit dengan kecepatan konstan 900 rpm.
:..:
7
pll
Waktu (jam)
~
6
8
---'-'---1
Hal ini dikarenakan penambahan HN03 pekat (ion HJ, sehingga harga Kd dan 11 semakin baik, berarti pertukaran ion terjadi dengan baik, kemudian dari pH 7 - 11 terjadi penurunan. Adsorbent ZL, harga Kd mulai mengalami kenaikan dari pH 2 sampai pH 7, hal ini dipengaruhi oleh penambahan HN03 pekat, sehingga pemisahan semakin baik. Pada pH 8 mengaJami penurunan harga Kd dan 11, kemudian pada pH 12 mencapai optimum. Harga KTK dari ZL oada pH optimum (pH 12) diperoleh 1,79 berarti Sr-90 yang terse rap sebanyak 1,79 meq setiap gram zeolit, sedangkan KTK dari ZB diperoleh 1,88 pada pH optimum (pH 6), Hal ini berarti kemampuan penyerapan dari ZB lebih besar dari ZL.
9 1011
pll 9000 '" 8000 ~ 7000
Gambar 2. Pengaruh pH pada Kd dari ZL
r--------------------------l •
-~ 6000
..c
Halit perhltungan Kd pads borbogal pH antara 2 - 12 dapat dilihat pada Gambar 2 untuk ZL. Nilai Kd cenderung meningkat pad a pH 3-5 (6158-6456 ml/gr), dengan pH 4 mencapai Kd yang tertinggi mencapai 6972 mllg. Pada pH 6-7 cenderung rendah begitu pula nilai Kd rendah pada suasana basa. Gambar 3 memperlihatkan hubungan ZB dengan nilai Kd cenderung r'neningkat pada pH antara 5-7. Pada pH 6 nilai Kd mencapai harga tertinggi yaitu 7160 ml/gr. Pada pH 811 nilai Kd cenderung sedang sekitar 3000 mllg. Pada ZB harga Kd dan 11 mulai naik pada pH 2 - 6.
.!=
5000
>8
4000
.:!:!
3000
c:
~ 2000 ~ 1000
a o
1
2
3
4
5 pi
Gambar 4. Pengaruh Oksida TiOz
6
7
8
9 10 11
I pH pada
Kd dari
Gambar 4 memperlihatkan nilai Kd TiOz yang cenderung meningkat pad a pH antara 6-7 dengan nilai Kd tertinggi pada pH 7 (8184 ml/g). Pada kondisi . netral reaksi
167
pembentukan Ti02 sebagai penukar ion semakin baik dengan reaksi pertukaran ssebagai berikut 231:
Tabel1
Nilai Kd dan KT
Sam pel
Kd KTK 3786,0 1805,0 1,682,3 95,8 95,7 1,9 Effisiensi (%j
4Ti02 + 2H20 + S~+
2H2 Ti20S
2H+ Tabel 2 Nilai Kd d 'Sample
Kd 2100 KTK 2132,3 2236,2 1,8 89,4 89,7 90,4 Effisiensi (%j
2 31
6 ~ '" "
8000
:e l:
6000
"'"
4000
.~
"
c: .;;; 0;:
8
:..:
l
10000
Pada Ti02 dari pH 2-7 terjadi penaikan harga Kd, hal ini terjadi karena adanya penambahan HN03 pekat yang membawa ion H+ dan mengalami penurunan kecil dan hampir konstan pada pH 8-11 dan pada pH 12 terjadi penaikan tinggi yang terjadi karena adanya pengaruh, Untuk pH optimum adalah pada pH 7 hal ini dikarenakan pengaruh penambahan HN03 pekat, Untuk Kd dan '1 adalah 8164,4 dan 97,6, Hal ini disebabkan karena pengaruh penambahan HN03 mempengaruhi besarnya Kd dan '1, serta pada pH optimum terjadi reaksi pertukaran ion antara ion H+ dengan,
2000 o
o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 pH
Gambar 5. Pengaruh pH pada Kd dari MnOz Grafik pada Gambar 5 juga cukup menarik karena peningkatan nilai Kd cenderung linear, dimana terdapat dua kecenderungan peningkatan nilai Kd yaitu pada pH < 7 dibawah 6000 mllg, dan pH > 7 antara 6000-9000 ml/g. Reaksi pertukaran ion Mn02 dengan Sr-90 sebagai berikut:
Tabel 3 Nilai Kd dan KTK Dada TiO Kd KTK 4225,4 1,9 94,9 94,8 4230,4 4355,5 95,1 Effisiensi (%j
.
Sam pel 31 2
Sedangkan pada Mn02 didapat kenaikan konstan dari pH 2 - 12, Hal ini disebabkan besarnya mesh Mn02 lebih seragam (sama) dan pH optimum dari Mn02 pada pH 12 yang terjadi akibat pengaruh penambahan NaOH yang memiliki ion OH', serta hal ini juga mempengaruhi besarnya Kd
Pengaruh pH optimum terhadap kemampuan penyerapan Darl penelitian tahap in; diambil sample 20 ml dan sampel dirolling dengan kecepatan 200 rpm selama 7 hari, kemudian dipipet 10 ml dan disentrifuge selama 10 men it dengan Sample kecepatan konstan 231 900 rpm.
Tabel 4 Nilai Kd dan KTK Dad 3070Kd KTK 5483,3 95,0 3073,7 94,5 1,9 94,9 (%j Effisiensi
Dari penelitian tahap ini diperoleh hasil sebagai berikut :
168
------a,
Tabcl 5.
Kd & Efisiensi pemisahan pada
KTK 67JJ12H 4(ml/g) 9035,1 PH1,8 1,9 8164,4 7159,7 6971,9 Kd
Adsorbent
KESIMPULAN Berdasarkan dari hasil-hasil yang diperoleh dari penelitian ini, dapat ditarik beberapa kesimpulan sebagai berikut : 1. Oari pengaruh waktu kontak, diperoleh bahwa penyerapan zeolit Lampung lebih baik daripada Zeolit Bayah, penyerapan Mn02 Pabrik lebih baik dari Mn02 Buatan, dan penyerapan Mn02 Pabrik lebih baik dari Ti02, serta penyerapan Ti02 lebih baik dari Zeolit, Penyerapan Mn02 Pabrik terhadap Sr-90 lebih baik dibandingkan ke empat adsorbent diatas, 2. Kondisi optimum yang diperoleh berdasarkan percobaan yang dilakukan adalah pada pH 12 untuk Zeolit Lampung, Ti02, Mn02 Pabrik, sedangkan untuk Zeolit Bayah dan Mn02 Buatan adafah pada pH 6, 3. Pada kondisi optimum ini diperoleh efisiensi pemisahan radionuklida Sr~90 adalah : • Untuk Zeolit Bayah sebesar 95,26% • Untuk Zeolit Lampung sebesar 98,44% • Untuk Ti02 sebesar 88,49% • Untuk Mn02 Pabrik sebesar 73,62%
SARAN Dalam pengolahan limbah radioaktif cair dengan aktivitas rendah penggunaan adsobent dari alam (Zeolit) penyerapannya terhadap limbah cukup tlnggl eflslenslnya selain itu mudah didapat dan harganya lebih murah dari adsorbent sintetis. Zeolit mempunyai tingkat pemakaian yang lebih panjang karena bentuk kristalnya lebih stabil sehingga tidak mudah hancur oleh pelapukan.
169
DAFTAR PUSTAKA 1. MUMPTON. FA and SAND. L.B. "Natural Zeolite, Occurrence, Properties and Uses", Pergamon Press, Oxford, (1978). 2. GASARACI, M. CECILLE. L, " New Separation Chemistry Technique for Radioactive waste and Other Specific Applications", London, Elsevier Applied Science, (1991). 3. LAWRENCE, K WANG. "Handbook of Industrial Waste Treatment", New York, Marcel Dekker, (1992) 4. EILBECK, W.J. MATTOCK. G, "Chemical Processes in Waste Water Treatment", London, Ellis Horwood, (1987). 5. LAS, THAMZIL, "Use of Natural Zeolite for Nuclear Waste Treatmen" Departement of Chemistry and applied Chemistry, Univesity of Salford, The United Kingdom (1989). 6. FLANGEN, E.M., KHATAMI, H., SZIMANSKI, H.A., Intrared Structure Studies of Zeolit Framework, Molecular Sieve Zeolit I, American Society Advances in Chemistry Series no. 101, Washington D.C., (1991) 7. BARRER, R.M., "Zeolites and Clay Minerals as Sorbents and Molecular Sieves", academic Press, London, (1978). 8. HAMDAN, H., "Introduction to Zeolites" : Synthesis, Characterization and Modification, University Teknologi Malaysia, Malaysia, (1992). 9. LAS, T., et al., '~ Pemanfaatan Mineral Zeolit Untuk Pengolahan Limbah", Laporan Akhir Riset Unggulan Terpadu, RISTEK / DRN, Batan, (1997).
Daftar Isi
