Proses adsorption and ion exchange (pertukaran ion)

Teknologi adsorpsi dan pertukaran ion sudah dikembangkan sejak 3000 tahun sebelum masehi oleh orang-orang Mesir dan Yunani. Hingga saat ini teknologi ini terus dikembangkan oleh industri-industri kimia untuk pemurnian zat atau pengolahan limbah industri.

Proses-proses ini melibatkan banyak bidang studi ilmu. Ilmu-ilmu yang dipakai seperti kimia murni, termodinamika, mekanika fluida, teknik kimia, teknik mesin, matematika, dll. Semua ilmu-ilmu ini disatukan untuk mendesain sistem adsorpsi dan pertukaran ion.

Adsorpsi

Adsorpsi adalah proses penyerapan substansi terlarut dalam larutan oleh permukaan zat penyerap yang membuat masuknya bahan dan mengumpul dalam suatu zat penyerap. Pada Adsorpsi ada yang disebut Adsorben dan Adsorbat. Adsorben adalah zat penyerap, sedangkan adsorbat adalah zat yang diserap.

Adsorben adalah zat pemisah massa yang digunakan untuk memfasilitasi pemisahan. Adsorben merupakan padatan yang dapat menyerap komponen tertentu dari suatu fase fluida. Adsorben biasanya menggunakan bahan-bahan yang memiliki pori-pori sehingga proses adsorpsi terjadi di pori-pori atau pada letak tertentu di dalam partikel tersebut. Pada umumnya pori-pori yang terdapat di adsorben biasanya sangat kecil, sehingga luas permukaan dalam menjadi lebih besar daripada permukaan luar.

Adsorpsi terjadi karena energi permukaan dan gaya tarik-menarik permukaan. Sifat dari masing-masing permukaan berbeda, tergantung pada susunan dalam molekul-molekul zat. Setiap molekul dalam interior dikelilingi oleh molekul-molekul lainnya, sehingga gaya tarik menarik antar molekul akan sama besar, setimbang ke segala bagian. Sedangkan untuk molekul dipermukaan hanya mempunyai gaya tarik kearah dalam.

Proses Adsorpsi. Sumber: https://www.cheric.org/files/education/cyberlecture/e201201/e201201-1801.pdf

Adsorben	Sifat	Diameter pori (dp, A)	Luas permukaan (m²/g)
Alumina (Al₂O₃)	Gaya tarik menarik tinggi untuk air	10 -75	320
Silica gel (SiO₂)	Gaya tarik tinggi untuk air dan senyawa polar lain	22-26 ; 100-150	750-850 ; 300-350
Karbon aktif (pori besar dan kecil)	Hidropobik	10-25 ; >30	400-1200 ; 200-600
Molekul saringan karbon	Hidropobik	2-10	400
Molekul saringan zeolit	Polar-hidropobik, kristalin, tingkat seleksi tinggi	3-10	600-700

Tabel adsorben

Pertukaran Ion (Ion exchange)

Pertukaran Ion pertama kali ditemukan oleh Harry Stephen Thompson pada tahun 1850 di Inggris. Ketika tanah dicuci (dicuci) dengan amonium sulfat, kalsium sulfat terdeteksi dalam lindi. Ion amonium dalam larutan menggantikan kalsium di dalam tanah.

(NH₄)2SO₄ + Soil Ca -> Soil (NH₄)2 + CaSO₄

Pertukaran ion adalah proses dimana ion dalam larutan dipindahkan ke matriks padat yang, pada gilirannya melepaskan ion dari jenis yang berbeda tetapi polaritas yang sama. Dengan kata lain ion dalam larutan digantikan oleh ion yang berbeda awalnya hadir dalam padat.

Skema Ion exchange. Sumber: https://sswm.info/sswm-university-course/module-6-disaster-situations-planning-and-preparedness/further-resources-0/ion-exchange

Pertukaran ion menggambarkan proses kimia tertentu di mana ion terlarut yang tidak diinginkan dalam air dan air limbah – seperti nitrat, fluorida, sulfat, dan arsenik – ditukar dengan ion lain dengan muatan yang sama. Ion adalah atom atau molekul yang mengandung jumlah elektron yang tidak sama dengan jumlah proton.

Komponen utama peralatan penukar ion adalah resin penukar mikropori, yang jenuh dengan larutan yang terikat secara longgar. Untuk pelunakan air, hal ini biasanya dilakukan dengan unggun polistiren tersulfonasi yang jenuh dengan natrium untuk menutupi permukaan unggun. Saat air melewati lapisan resin ini, ion-ion menempel pada butiran resin yang melepaskan larutan yang ditahan secara longgar ke dalam air.

Setelah beberapa waktu, tempat tidur menjadi jenuh dan resin pertukaran harus diregenerasi atau diisi ulang. Untuk regenerasi, resin penukar ion dibilas dengan larutan garam air garam. Ion natrium dalam larutan garam air garam dipertukarkan dengan ion, yang dibuang dengan air limbah.