PENYERAPAN $TRONSIUM DENGAN SORBEN ANORGANIK …digilib.batan.go.id/e-prosiding/File Prosiding/HSL PENEL P2PLR TH...pertanian, riset, hidrologi, industri dan sebagainya. Hal yang harus

PENYERAPAN $TRONSIUM DENGAN SORBEN ANORGANIK(Oksida Logam dan Zeolit)

Thamzil Las, Husen ZamroniPusat Pengembangan Pengelolaan Limbah Radioaktif-BATAN, Serpong

ABSTRAKPENYERAPAN 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 antaralain zeotit lampung (ZL), zeolit Bayah (ZB), oksida logam (Ti02, dan Mn02). Limbah radioaktif cair mengandung Sr-90dengan aktivitas awat 2,7,1O'2/!Cilmt digunakan sebagai umpan. Kemampuan penyerapan yang diperoleh pada kondisioptimum 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 = 8164,4mVg), Mn02 pad a pH 10 (Kd = 55943,5 mllg), Mn02-B pada pH 12 (Kd = 9035,1 mllg), Kapasitas tukar kation pad a pHoptimum 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 MnOzadalah 1,95 meq/g.

ABSTRACTSEPARATION 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 wastescontaining 2,7 10-2 uCilml was used as feed solution to obtain the separation efficiency and distribution coefficient. Thedistribution 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 onMn02 (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 1,95meq/g on Mn02.

PENDAHULUANMeningkatnya kegiatan industri

permintaanenergi mendorongmanusia untukmencari sumber energi baru disampingsumber energi yang sudah ada. Sumberenergi baru sebagai energi altematif yangberkembang dengan pesat sampai saat iniadalah sumber energi yang berasal daripembelahan inti-inti atom bahan fisi danenergi yang dihasilkan dikenal sebagaienergi nuklir. Penerapan teknologi nukliruntuk menghasilkan energi dapatberkembang dengan pesat karena telahterbukti bahwa dengan teknologi nuklir dapatmenghasilkan energi dengan biaya yangrelatif lebih murah daripada energi yangberasal dari pembangkit listrik yang lain.

Oi samping dapat diterapkan dalambidang energi, teknologi nuklir dapat jugaditerapkan dalam bidang kedokteran,pertanian, riset, hidrologi, industri dansebagainya.

Hal yang harus diperhatikan dalampemanfaatan teknologi nuklir biasanyadisertai dengan timbulnya limbah radioaktifhal ini memerlukan penanganan yangseksama. Limbah radioaktif dapatmenimbulkan bahaya pada manusia danlingkungan. Jadi disamping mendatangkanmanfaat yang sangat besar, teknologi nuklirdapat juga menimbulkan limbah yang harusdikelola dengan baik.

Pengoperasian reaktor daya (PLTN)dapat menimbulkan unsur-unsur yang

165

bersifat radioaktif akibat proses tisi maupunaktivasi. Limbah radioaktif merupakan bahanyang sudah tidak terpakai lagi, limbahtersebut tidak dapat didispersikan fangsungke lingkungan melainkan setelah diencerkan,atau disimpan pada tempat dan waktutertentu. Penempatan limbah radioaktif kelingkungan dapat mendatangkan berbagaimacam akibat negatif pada manusia apabilacara penyimpanannya dilakukan tanpamempelajari terlebih dahulu kondisilingkungan yang memenuhi syarat untukdipakai sebagai lokasi penyimpanan limbahradioaktif maupun tidak memperhitungkanaktivitas limbah radioaktif yang akandisimpan.

Jalan yang sering ditempuh untukmenekan serendah mungkin aktivitas limbahradioaktif yang didispersikan ialah denganmengolah limbah terlebih dahulu sebeJumdidispersikan ke lingkungan. Jenis limbahyang bervariasi menyebabkan sistimpengolah limbah yang bermacam-macam.Masing-masing sistim hanya efektif jikadipakai untuk mengolah limbah jenis yangtertentu saja. Agar pelaksanaan pengolahanlimbah radioaktif dapat memberikan hasilyang memuaskan, maka harus dilakukanpemilihan proses dengan seksama sehinggaproses itu sesuai dengan jenis limbah yangakan diolah. Keberhasilan pelaksanaanpengolahan limbah radioaktif sangatdipengaruhi oleh keberhasilan dalammelakukan pemilihan proses yang cocok

untuk mengolah limbah tersebut, sedangpemilihan proses yang cocok dapat dilakukanapabila jenis maupun aktivitas radionuklidayang terkandung dalam limbah itu diketahui.

Dalam penelitian ini dilakukan percobaanpenyerapan Sr-90 dalam simulasi limbahradioaktif cair aktivitas rendah denganmenggunakan sorben Ti02, Mn02 dan Zeolitlampung (Zl) dan Zeolit B,ayah (ZB). Limbahsimulasi yang dibuat sesuai dengan limbahradioaktif yang ditimbulkan olehpengoperasian instalasi nuklir.

TAT A KERJA

setelah itu memipet 20 ml larutan limbah inike dalam botol yang telah terisi masing­masing adsorbent. Kemudian larutan inidirolling dengan menggunakan Shacker­mineralogical roller selama 7 hari. Setelahdisentrifuge, kemudian disentrifuge selama10 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 mengetahuikemampuan penyerapan adsorbent terhadaplimbah tersebut.

Efisiensi pemisahan (Ef) dihitung denganmenggunakan rumus di bawah ini :

Sedangkan Kapasitas Tukar Kation(KTK) dan Koefisien Distribusi (Kd) dihitungdengan menggunakan rumus :

PeralatanBeberapa peralatan yang digunakan

dalam penelitian ini adalah Shacker-mineralogical roller (Karlkob) untuk pengaduk(rolling) adsorben dan cairan limbah, lSA(Liquid Scintillation Analityc) untukpencacahan aktivitas Sr-90, Alat CentrifugeFisher Scientific (Marathon 21K) untukpemisahan endapan dengan filtrat cairanlimbah, Timbangan digital Mettler 4E 200untuk menentukan berat sampel, Ovenpengering sam pel (WTB Binder), pH meterComing 220 untuk pengukuran pH larutan.

Bahan-bahanBahan-bahan kimia yang yang

digunakan berkualitas PA diantaranya Ti0299%, Mn02 90%. ZB ukuran 20-40 mesh, Zlukuran -50+100 mesh dan Stronsiumm-90dari Amersham dibuat sebagai limbahsimulasi. Menimbang SrC12.6H20 sebanyak 5gram kemudian ditambahkan limbah simulasiSr-90 sampai volumenya mencapai 1000 mlke dalam labu ukur.

Ef = Co-Ci X100%Co

dimana :Ef = Efisiensi pemisahanCo = Aktivitas limbah awalCj = Aktivitas beningan

KTK = Co-Ct VC x- xNo W

KTK = Kapasitas Tukar KationCo = Aktivitas limbah awalCt = Aktivitas beninganV = Volume (ml)W = Berat (g)N = Normalitas

Kd = Co - Ct VCt Xw

(1)

(2)

(3)

Sorben yang digunakanZeolit mumi lampung dan Bayah

dipersiapkan sesuai dengan prosedur(Thamzil dkk)menggunakan metodasedimentasi dalam cairan metil iodida (CH31).Zeolit dan sorben lain dikeringkan pada suhu1100C dalam oven selama 3 jam dandisimpan pada desikator yang mengandungNaCI jenuh.

Menentukan Ef, KTK dan KdMenimbang masing-masing adsorbent

(Zl, ZB, Ti02 dan Mn02) sebanyak 0,1 gramke dalam botol polyetylen. Menyiapkanlimbah simulasi Sr-90 sebanyak 1000 ml danmenentukan pH optimum untuk masing­masing adsorbent (lL, lB, Ti02, dan Mn02)

166

dimana :Kd = Koefisien distribusiW = Serat (gram)V = Volume (ml)Co = Aktivitas limbah awalCt = Aktivitas beningan

HASll DAN DISKUSIPengaruh waktu kontak

Setelah di rolling beberapa waktudiperoleh waktu kontak penyerapan Sr-90dengan adsorbent ZL dan lB memerlukanwaktu 8 jam untuk mencapai kondisioptimum, sedangkan untuk Ti02 dan Mn02masing-masing memerlukan waktupenyerapan 5 jam dan 6jam.

100

90

80

,.... 70

~ 60"

.~ 50'I}

::!i 40w 30

20

10

o

o 4 8 12 16 20 24

Waktu (jam)

8000 r-·---------------------------------·--'" 7000 •~:::: 6000

~ 5000.; 4000.",

.~ 3000

~ 2000o~ 1000

ao 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

pll

Gambar 1. Pengaruh waktu kontakterhadap efisiensl penyerapan

Pengaruh pH terhadap kemampuanpenyerapan

Cairan limbah mengandung Sr-90sebanyak 20 0'11 dikontakkan denganpenukar ion anorganik, dirolling dengankecepatan 200 rpm selama 7 hari. Kemudiandipipet 10 0'11 dan disentrifuge selama 10menit dengan kecepatan konstan 900 rpm.

,.... 8000 -.--------------------------..,~ 7000 -

.~ 6000

'5 5000.i!2 4000..,~ 3000;§ 2000~ 1000

:..:a +~--T---T---r ...·--T---·"I- ..-+ 1----'------'--'-,+ ---'-'---1

o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011

pll

Gambar 2. Pengaruh pH pada Kd dari ZL

Halit perhltungan Kd pads borbogal pHantara 2 - 12 dapat dilihat pada Gambar 2untuk ZL. Nilai Kd cenderung meningkatpad a pH 3-5 (6158-6456 ml/gr), dengan pH 4mencapai Kd yang tertinggi mencapai 6972mllg. Pada pH 6-7 cenderung rendah begitupula nilai Kd rendah pada suasana basa.

Gambar 3 memperlihatkan hubungan ZBdengan nilai Kd cenderung r'neningkat padapH antara 5-7. Pada pH 6 nilai Kd mencapaiharga tertinggi yaitu 7160 ml/gr. Pada pH 8­11 nilai Kd cenderung sedang sekitar 3000mllg. Pada ZB harga Kd dan 11 mulai naikpada pH 2 - 6.

167

Gambar 3. Pengaruh pH pada Kd dari ZB

Hal ini dikarenakan penambahan HN03 pekat(ion HJ, sehingga harga Kd dan 11 semakinbaik, berarti pertukaran ion terjadi denganbaik, kemudian dari pH 7 - 11 terjadipenurunan.

Adsorbent ZL, harga Kd mulaimengalami kenaikan dari pH 2 sampai pH 7,hal ini dipengaruhi oleh penambahan HN03pekat, sehingga pemisahan semakin baik.Pada pH 8 mengaJami penurunan harga Kddan 11, kemudian pada pH 12 mencapaioptimum.

Harga KTK dari ZL oada pH optimum(pH 12) diperoleh 1,79 berarti Sr-90 yangterse rap sebanyak 1,79 meq setiap gramzeolit, sedangkan KTK dari ZB diperoleh 1,88pada pH optimum (pH 6), Hal ini berartikemampuan penyerapan dari ZB lebih besardari ZL.

9000 r--------------------------l'" 8000 •~ 7000

-~ 6000..c.!= 5000

>8 4000c:

.:!:! 3000

~ 2000~ 1000

ao 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

pi I

Gambar 4. Pengaruh pH pada Kd dariOksida TiOz

Gambar 4 memperlihatkan nilai Kd TiOzyang cenderung meningkat pad a pH antara6-7 dengan nilai Kd tertinggi pada pH 7 (8184ml/g). Pada kondisi . netral reaksi

pembentukan Ti02 sebagai penukar ionsemakin baik dengan reaksi pertukaranssebagai berikut :

4Ti02 + 2H20

2H2 Ti20S + S~+2H+

Tabel1 Nilai Kd dan KT

Sam pelKdEffisiensi (%jKTK

1

1805,0 82,31,6

2

3786,0 95,71,9

3

3786,0 95,81,9

Tabel 2 Nilai Kd d

o

o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011pH

Gambar 5. Pengaruh pH pada Kd dariMnOz

Grafik pada Gambar 5 juga cukupmenarik karena peningkatan nilai Kdcenderung linear, dimana terdapat duakecenderungan peningkatan nilai Kd yaitupada pH < 7 dibawah 6000 mllg, dan pH > 7antara 6000-9000 ml/g. Reaksi pertukaranion Mn02 dengan Sr-90 sebagai berikut:

2000

'SampleKdEffisiensi (%jKTK

1

2100 89,41,8

2

2132,3 89,71,8

3

2236,2 90,41,8

.Sam pel

KdEffisiensi (%jKTK

1

4230,4 94,91,9

2

4355,5 95,11,9

3

4225,4 94,81,9

Pada Ti02 dari pH 2-7 terjadi penaikanharga Kd, hal ini terjadi karena adanyapenambahan HN03 pekat yang membawaion H+ dan mengalami penurunan kecil danhampir konstan pada pH 8-11 dan pada pH12 terjadi penaikan tinggi yang terjadi karenaadanya pengaruh, Untuk pH optimumadalah pada pH 7 hal ini dikarenakanpengaruh penambahan HN03 pekat, UntukKd dan '1 adalah 8164,4 dan 97,6, Hal inidisebabkan karena pengaruh penambahanHN03 mempengaruhi besarnya Kd dan '1,serta pada pH optimum terjadi reaksipertukaran ion antara ion H+dengan,

Tabel 3 Nilai Kd dan KTK Dada TiO

l4000

100006~ 8000'"":e 6000l:.~"'"

c:".;;;0;:8

:..:

Tabel 4 Nilai Kd dan KTK Dad

Pengaruh pH optimum terhadapkemampuan penyerapan

Darl penelitian tahap in; diambil sample20 ml dan sampel dirolling dengan kecepatan200 rpm selama 7 hari, kemudian dipipet 10ml dan disentrifuge selama 10 men it dengankecepatan konstan 900 rpm.

Dari penelitian tahap ini diperoleh hasilsebagai berikut :

Sedangkan pada Mn02 didapat kenaikankonstan dari pH 2 - 12, Hal ini disebabkanbesarnya mesh Mn02 lebih seragam (sama)dan pH optimum dari Mn02 pada pH 12 yangterjadi akibat pengaruh penambahan NaOHyang memiliki ion OH', serta hal ini jugamempengaruhi besarnya Kd

- ------a,

SampleKdEffisiensi (%jKTK

1

5483,3 95,01,9

2

3073,7 94,91,9

3

3070 94,51,9

168

Tabcl 5. Kd & Efisiensi pemisahan padaH

and ClayMolecular

London,

JJ

Adsorbent

PHKd (ml/g) KTK

ZL

46971,9 1,8

Z,B

67159,7 1,9

Ti02

78164,4 1,9

Mn02

129035,1 1,9

KESIMPULAN

Berdasarkan dari hasil-hasil yangdiperoleh dari penelitian ini, dapat ditarikbeberapa kesimpulan sebagai berikut :1. Oari pengaruh waktu kontak, diperoleh

bahwa penyerapan zeolit Lampung lebihbaik daripada Zeolit Bayah, penyerapanMn02 Pabrik lebih baik dari Mn02Buatan, dan penyerapan Mn02 Pabriklebih baik dari Ti02, serta penyerapanTi02 lebih baik dari Zeolit, PenyerapanMn02 Pabrik terhadap Sr-90 lebih baikdibandingkan ke empat adsorbent diatas,

2. Kondisi optimum yang diperolehberdasarkan percobaan yang dilakukanadalah pada pH 12 untuk ZeolitLampung, Ti02, Mn02 Pabrik, sedangkanuntuk Zeolit Bayah dan Mn02 Buatanadafah pada pH 6,

3. Pada kondisi optimum ini diperolehefisiensi pemisahan radionuklida Sr~90adalah :

• 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 cairdengan aktivitas rendah penggunaanadsobent dari alam (Zeolit) penyerapannyaterhadap limbah cukup tlnggl eflslenslnyaselain itu mudah didapat dan harganya lebihmurah dari adsorbent sintetis.

Zeolit mempunyai tingkat pemakaianyang lebih panjang karena bentuk kristalnyalebih stabil sehingga tidak mudah hancuroleh pelapukan.

169

DAFTAR PUSTAKA1. MUMPTON. FA and SAND. L.B.

"Natural Zeolite, Occurrence, Propertiesand Uses", Pergamon Press, Oxford,(1978).

2. GASARACI, M. CECILLE. L, " NewSeparation Chemistry Technique forRadioactive waste and Other SpecificApplications", London, Elsevier AppliedScience, (1991).

3. LAWRENCE, K WANG. "Handbook ofIndustrial Waste Treatment", New York,Marcel Dekker, (1992)

4. EILBECK, W.J. MATTOCK. G,"Chemical Processes in Waste WaterTreatment", London, Ellis Horwood,(1987).

5. LAS, THAMZIL, "Use of Natural Zeolitefor Nuclear Waste Treatmen"Departement of Chemistry and appliedChemistry, Univesity of Salford, TheUnited Kingdom (1989).

6. FLANGEN, E.M., KHATAMI, H.,SZIMANSKI, H.A., Intrared StructureStudies of Zeolit Framework, MolecularSieve Zeolit I, American SocietyAdvances in Chemistry Series no. 101,Washington D.C., (1991)

7. BARRER, R.M., "ZeolitesMinerals as Sorbents andSieves", academic Press,(1978).

8. HAMDAN, H., "Introduction to Zeolites" :Synthesis, Characterization andModification, University TeknologiMalaysia, Malaysia, (1992).

9. LAS, T., et al., '~ Pemanfaatan MineralZeolit Untuk Pengolahan Limbah",Laporan Akhir Riset Unggulan Terpadu,RISTEK / DRN, Batan, (1997).