Prosiding Seminar Teknologi Pengelolaan Limbah VPusat Teknologi Limbah Radioaktif - BATAN

ISSN 1410-6086

PEMBUATAN MATRIK PENUKAR ION HEKSASIANOFERATUNTUK PEMEKATAN 137Cs OARI AIR LAUT

Murdahayu MakmurPusat Teknologi Limbah Radioaktif - BATAN

ABSTRAKPEMBUATAN MATRIK PENUKAR ION HEKSASIANOFERAT UNTUK PEMEKATAN 137CSOARI AIR

LAUT. Telah dilakukan pembuatan matrik ~enukar ion heksasianoferat untuk pemekatan 137CSdari airlaut bervolume besar karena konsentrasi 1 7Cs di air laut sangat kecil. Pembuatan matrik penukar ionheksasianoferat dilakukan dengan mereaksikan silika gel sebanyak 10 gram dengari kaliumheksasianoferat dengan variasi konsentrasi dari 0.0025 M - 0.04 M dan tembaga klorida darikonsentrasi 0.005 M - 0.08 M masing masing 25 ml. Kinerja penukar ion dipengaruhi oleh komposisiyang tepat antara ketiga senyawa yang digunakan dimana diharapkan tidak ada sisa ion Fe dan ion Cubebas yang berasal dari kalium heksasianoferat (II) trihidrat (K4Fe(CN)6.3HzO) dan tembaga klorida(CuClz) yang digunakan. Adanya ion Fe dan ion Cu yang tidak bereaksi dalam pembuatan matrik diujidengan menggunakan AAS. Didapatkan bahwa rasio komposisi molar optimal antara heksasianoferatdan tembaga klorida adalah 0,5 untuk setiap 10 gram silika gel yang digunakan dalam pembuatanmatrik penukar ion heksasianoferat ini.Kata kunci : Silika gel, heksasianoferat, tembaga klorida, MS.

ABSTRACTPREPARATION OF THE HEXACYANOFERRATE ION EXCHANGER MATRIX TO CONCENTRATE

137CS FROM SEA WATER. Preparation of the hexacyanoferrate ion exchanger nlacrix to concentrdte137Cs from large volume sea water has been done. The Pre-concentration is needed because 137Csconcentration in sea water is too low. The hexacyanoferrate ion exchanger matrix can be prepared byperforming the reaction of 10 gram silica gel with potassium hexacyanoferrate on concentrationvariation of 0,0025 M - 0,04 M and copper chloride on concentration variation of 0,005M - 0,08M. Thevolume of each reagent was 25 ml. The performance of the ion exchanger matrix depends on thechemical compositions both of the mixtures, it was expected that no remaining Fe ion and free Cu fromthe initial reagent. The final effluent will analyzed for Fe and Cu using Atomic Absorption Spectrometer.The optimal molar composition ration for potassium hexacyanoferrate and copper chloride was 0,5 for10 gram silica gel.Key Word: Silika gel, hexacyanoferrat, copper chlorida, AAS

PENDAHULUAN

Isotop Cs-137 merupakan salah satuproduk fisi yang lepas ke lingkungan, baik darifall out, operasi reaktor normal ataupun adanyakecelakaan nukli~1f. Isotop 137Cs merupakanproduk fisi yang dominan karenakelimpahannya tinggi dan waktu paruhnyayang relatif panjang (30,17 tahun), sehinggakeberadaannya di lingkungan akan sangatmempengaruhi makhluk yang hidup didalamnya, terutama dalam lingkungan perairanlaut[2]. Cesium pada perairan laut akanterakumulasi pada ikan atau biota lainnya, danmelalui rantai makanan akan masuk ke

manusia sehingga keberadaannya isotop iniperlu di ketahui konsentrasinya[3]. Hal ini jugaberkaitan dengan rencana pembangunanPLTN pertama di Indonesia yang berlokasi diSemenanjung Muria Laut Jawa, maka datadasar atau baseline data untuk 137Cs di

perairan laut perlu didapatkan dalam rangka

224

pemantauan radioaktifitas lingkungan sebelumdan selama dioperasikannya PL TN.

Konsentrasi 137Cs di air laut sangatkecil, yaitu sekitar 2.9 - 6,6 x 10-9M[4].

Konsentrasi rata rata 137Cs di laut dunia ~angdihasilkan dari fallout yaitu sekitar 2 Bq/m [5],konsentrasi 137CSdi air laut permukaan di AsiaPasifik rata rata sekitar 3 Bq/m3[6], di lautPasifik Selatan sekitar 0.07 - 1,7 Bq/m3[7],dan di Samudera India berkisar antara 0.7 - 2,23 Bq/m3[8]. Pada konsentrasi tertinggi di

Samudera India, yaitu 2,23 Bq/m3, berarti 27'23x 10.3 Bqll, bisa dikatakan konsentrasi 13Cstersebut sangat kecil bila diukur langsungdengan spektrometri gama dengan kapasitassam pel rata rata sebanyak 1 liter untuk setiap

rengukuran. Untuk itu diperlukan pemekatan37Cs dari sejumlah besar sampel air laut

sebelum akhirnya diukur denganmenggunakan spektrometri gama.

Banyak metoda analitik telahdikembangkan untuk pemekatan 137Cs di

Prosiding Seminar Teknologi Pengelolaan limbah VPusal Teknologi limbah Radioaklif - BATAN

dalam sam pel lingkungan, seperti penukar ion.Penukar ion yang dikembangkan antara lainpenukar ion organik dan anorganik. Penukarion organik sangat efektif dalam memisahkancesium, tapi tidak mampu memisahkan cesiumdari logam alkali lainnya yang keberadaannyadi dalam air laut sangat banyak. Sementara itu,penukar ion anorganik mempunyai selektifitasyang tinggi terhadap cesium dan stabil didalamair laut, dan sering digunakan untukpemekatan cesium dari air laut [4]. Penukar ionanorganik yang sering digunakan untukpemekatan 137CS antara lain amonium 12­molibdoposfat (AMP;[(NH4hM01204o(xH20)]),zeolit dan heksasianoferat. AMP sudah lama

digunakan tetapi membutuhkan waktu yangpanjang, dan sulit untuk dilakukan di luarlaboratorium. Heksasianoferat mempunyaikeunggulan lebih praktis karena bisadigunakan di lapangan dengan prosespreparasi yang lebih cepat.

Kinerja penukar ion heksasianoferattergantung pada tingkat penyerapan 137 Csyang terdapat pada lingkungan air, dimanatingkat penyerapan itu akan dipengaruhi olehkomposisi yang tepat antara kaliumheksasianoferat (II) trihidrat (K4Fe(CN)6.3H20)dan tembaga klorida (CuCI]) yang teradsorpsipada silika gel. Penelitian ini bertujuan untukmembuat matrik penukar ion heksasianoferatyang cukup handal untuk menyerap cesiumdari air laut yang dilakukan denganmenvariasikan konsentrasi kalium

heksasianoferat (II) trihidrat (K4Fe(CN)6.3H]O)dan tembaga klorida (CuCI]) dengan jumlahsilika gel yang sama.

TAT A KERJABahan

Bahan yang digunakan adalah silikagel (MERK Silica Gel 60, 0.2 - 0.5 mm), kaliumheksasianoferat (II) trihidrat (K4Fe(CN)B.3H20),tembaga klorida (CUCI2), HCI, dan perlatanyang digunakan adalah Atomic AbsorptionSpectrometer (AAS) , Magnetik stirer,Hot platedan alat alat gelas.

Metoda

Variasi Konsentrasi K4Fe(CN)G.3H20Silika gel sebanyak 10 gram

dimasukkan ke dalam 25 ml larutan kalium

heksasianoferat (II) trihidrat (K4Fe(CN)6.3H20)di dalam beker gelas dan diaduk selama 1 jammenggunakan magnetik slirer. Campurantersebut kemudian dipanaskan pada hot plateuntuk penguapan pelarutnya. Setelah kering,campuran dimasukkan ke dalam 25 ml larutantembaga klorida (CUCI2) 0.02 M. Campurandiaduk selama 1 jam dengan magnetic stirrer

225

ISSN 1410-6086

sehingga menghasilkan endapan ternbagaheksasianoferat yang melapisi silika gel.Campuran kemudian di saring dan endapansilika gel pada kertas saring dibilas dengan airdistilat untuk menghilangkan sisa tembagaheksasianoferat. Filtrat dianalisis

menggunakan AAS untuk penentuan Fe danCu yang tidak bereaksi. Variasi konsentrasiK4Fe(CN)6.3H20 yang digunakan adalah0.0025M, 0.005M, 0.01 M, 0.02M dan 0.04M.

Variasi Konsentrasi CuCbSilika gel sebanyak 10 gram

dimasukkan ke dalam 25 ml larutan kaliumheksasianoferat (II) trihidrat (K4Fe(CN)6.3H20)0.01 M di dalam beker gelas dan diaduk selama1 jam menggunakan magnetik stirer.Campuran tersebut kemudian dipanaskanpada hot plate untuk penguapan pelarutnya.Setelah kering, campuran dimasukkan kedalam 25 ml larutan tembaga klorida (CuCI]).Campuran diad uk selama 1 jam denganmagnetic stirrer sehingga menghasilkanendapan tembaga heksasianoferat yangmelapisi silika gel. Campuran kemudian disaring dan endapan silika gel pada kertassa ring dibilas dengan air distilat untukrnenghilangkan sisa tembaga heksasianoferat.Filtrat dianalisis menggunakan AAS untukpenentuan Fe dan Cu yang tidak bereaksi.Variasi konsentrasi CuCI2 yang digunakanadalah 0.005 M, 0.01 M, 0.02 M, 0.04 M dan0.08 M.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pernbuatan matrik penukar ionhe:{sasianoferat dilakukal" denganlI,erc3ksi:;;:m SCnydWa r\4rc(CN)e ..•iH () dar.CUCI2yang teradsorpsi pada silika gel. Kualitaspenukar ion akan ditentukan oleh komposisiyang tepat antara ketiga senyawa terse but. Ujikomposisi untuk pembuatan matrik penukar ionini dilakukan untuk menentukan jumlahterpakai dari masing masing senyawa yangakan direaksikan sehingga tidak ada senyawayang terbuang dalam pembuatan matrik ini.

Variasi Konsentrasi K4Fe(CN)6.3H20Pad a percobaan variasi konsentrasi

K4Fe(CN)6.3H20, dilakukan reaksi antara silikagel, CUCI2 dengan jumlah dan konsentrasitetap sedangkan konsentrasi ~Fe(CN)6.3H20divariasikan mulai dari 0.0025 M sampai 0.04M. Kriteria keberhasilan pembuatan matriktersebut ditentukan oleh kuantitas ion Fe yangterikat. Hasil percobaan yang menunjukkankuantitas ion Fe yang tidak terikat disajikanpada Gambar 1, dan Gambar 2 menunjukkan

Prosiding Seminar Teknologi Pengelolaan limbah VPusat Teknologi limbah Radioaktif - BATAN

. ISSN 1410-6086

kuantitas ion Cu yang tidak terikat dalam penambahan konsentrasi diatas 0.02 M,pembuatan matrik penukar ion. terdapat sisa ion Fe yang cukup signifikan dan

Berdasarkan Gambar 1, penambahan cenderung meningkat dengan semakin tinggikonsentrasi I<.4Fe(CN)6.3H20 sampai 0.02M, konsentrasi I<.4Fe(CN)6.3H20 yangjumlah ion Fe yang tidak terikat mendekati no!. ditambahkan. Percobaan ini membuktikanBerarti hampir semua ion Fe habis bereaksi bahwa konsentrasi I<.4Fe(CN)6.3H20 yangdalam pembuatan matrik. Oi sisi lain, ditambahkan akan optimal pada 0.02 M.

I ------ ---

250

'[ 200.e:70"".~ 150""

!!!C1>

u. 100c:.5!.J::'"E

50:>

....,

00

0.01 002 0.03 0.04

II

I-----j

I

0.05

Konscntrasi awal K.Fe(CN). (dalam Molar)

Gambar 1. Jumlah Fe yang tidak terikat pada variasi konsentrasi K4Fe(CN)s.3H20

Untuk membuktikan reaksi

pembuatan matrik telah sempurna dapat jugadilihat dari ada tidaknya ion Cu yang tidakterikat pada matrik yang ditunjukkan padaGambar 2. Penambahan K4Fe(CN)s.3H20dengan konsentrasi sampai 0.01 M, jurnlah ionCu tak terikat sangat banyak dan makinmenu run dengan semakin tingginya

konsentrasi K4Fe(CN)s.3H20 yangditambahkan. Pada penambahanK4Fe(CN)G.3H20 dengan konsentrasi 0.02 Matau lebih tinggi, ion Cu bereaksi rnembentukkompleks heksasianoferat. Oapat. dikatakanbahwa untuk konsentrasi CUCI2 0.02 M,penambahan K4Fe(CN)s.3H20 akan optimalpada konsentrasi 0.01 M.

140 .---,--------.- .. - ..

E 120a..e:70 100

=t280"" !!!:>60u

c:.~.J::

40

~ E:>20

....,

00

0.01 0.02 0.03 0.04

I

j

0.05

Konscntrasi awal K.Fe(GN). (dalam Molar)

Gambar 2. Jumlah Cu yang tidak terikat pada variasi konsentrasi K4Fe(CN)s.3H20

226

Prosiding Seminar Teknologi Pengelolaan Limbah VPusat Teknologi Limbah Radioaktif - BATAN

ISSN 1410-6086

250

iii-"•..,~ 200

-" 'g

~u 150e:~.~ Ee: Co

"'.9:"C 100C)

u..

Ie:o: ~ 50~'EI~

------_._-_._---------_. __ .. _-----_ .•._-----_ .._-----~

j

F sis';ion F;jL=--=_s..i~_~.i~~~u

oo 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05

Konsentrasi Awal K.Fe(CN)6 (daJam Molar)

Gambar 3. Kondisi optimum adsorpsi dengan variasi konsentrasi ~Fe(CN)G.3H20

250

.r:'"

E 50 '.--.~ --- ..--, __ m ~ __

[ 200.9:iii-"

.~ 150-"

gC)

u.. 100e:o

,

I._---,I

j

------------------------------------lI

---,I

oo 0.01 ~~ 0.00 0.04 O.~ 0.00 O.W ~~ ~OO

KonsentrasiCuCI2 awal (dalam Molar)

Gambar 4. Jumlah Fe yang tidak terikat untuk variasi konsentrasi CUCI2

Pembuktian berikutnya dapat dilihatpada Gambar 3, pemakaian senyawaK4Fe(CN)G.3H20 akan optimal padakonsentrasi 0.01 M, dimana hampir semua ionCu dari CuCI2 dan ion Fe dari K4Fe(CN)6.3H20bereaksi membentuk komplek heksasianoferatdalam pembuatan matrik penukar ion ini.Senyawa ~Fe(CN)6.3H20 berlebih akanbereaksi dengan CUCI2 membentuk senyawakovalen koordinat lainnya yang justrumelarutkan ion Cu. Senyawa ~Fe(CN)6.3H20merupakan senyawa koordinat dengan liganCN. Ligan CN dapat bereaksi secara subsitusidengan ion Cu yang menghasilkan liganCu[CN]/-.

227

Variasi Konsentrasi CUCI2Percobaan kedua dilakukan dengan

mereaksikan CUCI2 0.01 M .. 0.16 M dengansilika gel dan ~Fe(CN)6.3H20 tetap.Percobaan ini dimaksudkan untuk melihatsempurna atau tidaknya reaksi pembentukanmatrik penukar ion apabila konsentrasi CUCI2bervariasi. Hasil percobaan dapat dilihat padaGambar 4 untuk melihat sisa ion Fe, danGambar 5 untuk melihat sisa ion Cu yang tidakbereaksi dalam pembuatan matrik penukar ionini.

Dalam Gambar 4, konsentrasi CUCI2optimal pada 0.02 M, karena pada konsentrasitersebut atau lebih tinggi, sisa ion Fe pada

Prosiding Seminar Teknologi Pengelolaan Limbah VPusat Teknologi Limbah Radioaktif - BATAN

akhir percobaan sangat keci/. Hal In!disebabkan pada konsentrasi tersebut, semualigan Fe(CN)64+ bereaksi dengan ion Cumembentuk matrik heksasianoferat.

Sedangkan pad a konsentrasi yang lebih kecildari 0.02 M, masih ada ligand Fe(CN)64+yangtidak terikat.

Pada Gambar 5 terlihat bahwa

penambahan CUCI2 sampai konsentrasi 0.02M, ion Cu yang tidak terikat sangat keciJ,sedangkan penambahan CUCI2 padakonsentrasi diatas 0.02 M, jumlah ion Cubebas cenderung naik yang berarti

.ISSN 1410-6086

penambahan prekusor CUCI2 tidakmempengaruhi kualitas matrik penukar ionkarena kualitas tersebut lebih dipengaruh olehadanya keberadaan ligand CN dalam matrikkompleks heksasianoferrat.

Hasil percobaan untuk variasikonsentrasi CUCI2 (Gambar 6) dapatmenjelaskan bahwa komposisi optimal untukpembuatan matrik penukar ion heksasianoferatini adalah pada penambahan CuCI2 0.02 M,dimana sisa ion Fe dan ion Cu bebas sang atkecil yang berartitidak banyak senyawa yangterbuang dalam pembuatan matrik ini.

I~ ------­2500

E

~ 2000j;j:.t:.

~ 1500:.t:.

~::I __u 1000 ,--.---­c,2.:::

~ 500E::I

...,

oo 0.01 0.02 0.03

I-III-----1,

i__________ . .1

I

O~ O~ 0.00 O.~ 0.00 000

Konsontrasi CuCI2 awal (dalam Molar)

Gambar 5. Jumlah Cu yang tidak terikat pada variasi konsentrasi CuCI2

2500'0;:.t:.10Q)

~ 2000:.t:.10'C..,

o

o

C1 1500c-10 E>-0.::I 0.U 1000c10'CQ)

u. 500.:::~E::I

...,

0.01 0.02 0.03 0.04 005 0.06 0.07 0.08 0.09 :

konsontrasi CuCI2 awal (dalam Molar)

Gambar 6. Kondisi optimum adsorpsi dengan variasi konsentrasi CUCI2

228

Prosiding Seminar Teknologi Pengelolaan Limbah VPusat Teknologi Limbah Radioaktif - BAT AN

Hasi~ yang dapat disimpulkan darikedua percobaan diatas adalah bahwakomposisi K4Fe(CNk3HzO 0.01 M denganCuClz 0.02 M merupakan kondisi optimaldalam pembuatan penukar ion untukpenyerapan 137Cs dari air laut. Reaksi kimiayang terjadi antara kedua senyawa yangdigunakan dalam pembuatan matrik ini sepertipersamaan reaksi dibawah ini, dimana ada tigabent uk penukar ion heksasianoferat denganKZCu3[Fe(CN)6Jzsebagai bentuk utamanya.1. 2Cuz+ + Fe(CN)6 4-~CuzFe(CN)6

2. Cuz+ + 2K1 + Fe~CN)6 ~ KzCuFe(CN)63. 3CuzFe(CN)6 + 4K + Fe(CN)64-~2KzCu3[Fe(CN)6]Z

Jika di dalam matrik penukar ionheksasianoferat hanya terdiri dari senyawaKZCu3[Fe(CN)6]Z dengan perbandingan antaraion Fe dan ion Cu adalah 2/3, maka untukpembentukan matrik penukar ion ini hanyadiperlukan dua senyawa K4Fe(CNk3HzO dantiga senyawa CuClz. Tetapi karena matrikheksasianoferat juga terdapat dalam bentuksenyawa CuzFe(CN)6 dan senyawaKzCuFe(CN)6, perbandingan tersebut tidakmemberikan hasil yang optimal. Diperlukanpercobaan uji komposisi ini untuk menentukansempurna tidaknya reaksi yang terjadi untukmendapatkan matrik penukar ionheksasianoferat yang berkualitas tinggi.

KESIMPULAN

Dalam pembuatan matrik penukar ionheksasianoferat, dibuktikan bahwa komposisioptimal dari kedua senyawa adalahK4Fe(CNk3HzO dengan konsentrasi 0.01 Mdengan CuClz dengan konsentrasi 0.02 Mmasing masing sebanyak 25 ml untuk setiap10 gram silika gel untuk mendapatkan matrikpenukar ion yang berkualitas tinggi.

REFERENSI1. Elisabet Dolinda 0., et aL,.Distribution and

Origin of Cs-137 in the Ocean aroundIceland - An Indicator of Man Mad

Radioactivity, Rit Fiskideildar 16. 1999. p.69 - 77

2. Chih-Chieh Su et aI., A Rapid Method forthe Determination of Cs-137 in Seawater.TAO; Vol. 11, NO.4. 2000. p. 753-764.

3. -----------, Toxicological Profile for Cesium,US. Dept. of Health & Human Services.2004. p. 111-165.

4. Gaur, S., Determination of Cs-137 inEnvironmental Water by lon-ExchangeChromatography, J. Chromatography A,733.1996. p. 57-71.

229

5.

6.

7.

8.

ISSN 1410-6086

Galina Lujaniene, et ai, Behaviour ofRadiocesium in Marine Environment,Environmental Research, Engineering and

Management, NO.2 (28). 2004. p. 23 - 32E.B.Duran et aI., 13Cs and 239+Z40pULevels in the Asia Pacific Regional Seas,Joumal of Environmental Radioactivity, 76.2004. p. 139 - 160.K. Hirose, et ai, Plutonium and 137Cs inSurface Seawater of the South Pacific,Proceedings 2006 SHOOTS Workshop,Meteorological Research Institute, Japan,2006.Povinec P.P., 137CSin the Indian Ocean,Proceedings 2006 SHOOTS Workshop,Meteorological Research Institute, Japan,2006.