Resin penukar ion adalah polimer organik yang dapat mengikat dan menukar ion-ion. Terdiri dari gugus fungsi yang dapat mengikat ion, seperti asam sulfonat untuk kation dan amonium kuartener untuk anion. Selektivitasnya tergantung ukuran, muatan, dan struktur ion. Resin dapat digunakan untuk pemisahan logam, pelunakan air, dan proses pemurnian lainnya.

1. Materi MPP
“ Penukar Ion ”

2. Proses dimana satu bentuk ion dalam senyawa dipertukarkan
untuk beberapa bentuk, yaitu kation ditukar dengan kation dan
anion ditukar dengan anion.
Proses reversibel dan dapat diregenerasi atau diisi dengan ion-
ion yang diinginkan melalui pencucian dengan ion-ion yang
berlebih.
Contoh :
Proses pengambilan ion kalsium (Ca2+), ion besi (Fe2+) dan
ion magnesium (Mg2+) dari air yang ditukar dengan ion sod
ium (Na+) dari resinproses pelunakan air di rumah.
Pemurnian air
pemisahan logam
Pemekatan larutan.
Pertukaran Ion

3.  Contoh penukar ion
Resin penukar ion
(pori-porinya yang berfungsi dan polimer gel)
Zeolit
Monmorilonit
Clay
Tanah humus.
 Bentuk penukar ion:
Penukar kation yaitu pertukaran ion yang bermuatan p
ositif (kation)
Penukar anion yaitu pertukaran ion yang bermuatan ne
gatif (anion).
Pertukaran amfoter yaitu dapat melakukan pertukaran
baik kation maupun anion secara simultan.

4. Senyawa hidrokarbon terpolimerisasi, yang
mengandung ikat-silang (crosslinked) serta gugus
fungsi yang mempunyai ion-ion yang dapat
dipertukarkan.
Resin penukar ion yang terbuat dari styrene
diviniylbenzena (SDVB) yang diaktifkan dengan
beberapa bahan kimia:
 Gugus sulfonat dan ditempeli ion H+ atau ion Na
+,
 Gugus amonium kuartener dan ditempeli ion Cl-
atau OH-.
Resin Penukar Ion

5. • Ion- ion H+, K+, Cl- atau O
H- inilah yang bergerak m
elalui transfer pertukaran
ion terhadap ion-ion yan
g akan ditukar dalam laru
tan.
Proses pertukaran ion

6. • Peralatan yang digunakan
sama seperti yang digunak
an dalam kromatografi kol
om dan dapat diidentikkan
untuk beberapa pemisahan
.
• Gambar disamping ini adal
ah diagram peralatan deng
an dilengkapi jaket air dan
artinya sama untuk mence
gah kolom dari kekeringan
ini adalah peralatan labora
torium, dan paling sering p
eralatan ini dibuat dari b
uret yang dipotong.

7. • Karakteristiknya:
– kemampuan menggelembung (swelling),
– kapasitas penukaran
– selektivitas penukaran.
• Selektifitas penukar ion
tergantung pada struktur kimia :
ukuran ion,
muatan atau
strukturnya.

8. Contoh tipe ion yang dapat diikat ke
penukar ion adalah:
H+ (proton) dan OH- (hidroksida)
Ion monoatomik bermuatan tunggal sep
erti Na+, K+ atau Cl-.
Ion monoatomik bermuatan dua seperti
Ca2+ atau Mg2+.
Ion anorganik poliatomik seperti SO4
2- a
tau PO4
3-.
Basa organik, biasanya molekul yang m
engandung gugus fungsi amino –NR2H+
Asam organik, sering molekulnya meng
andung gugus fungsi -COO- (asam kar
boksilat)

9. • Tahun 1903 telah berhasil mensintesa senyawa penukar io
n yaitu aluminum silikat yang dikenal sebagai zeolit dan m
ulai dikomersilkan.
Zeolit alam dapat dipakai untuk pelunakan air.
Reaksi yang terjadi sebagai berikut:
Na2Al2Si3O10 +CaCO3  CaAl2SiO10+Na2CO3
• Penukar ion bentuk anorganik mempunyai kapasitas yang
rendah dan cukup sensitif terhadap suhu dan pH.
Proses Pembuatan Resin

10. • Pada tahun 1935, seorang kimiawan Inggris, Basil . Adams memp
ercayai pada Eric Leighton Holmes (kimiawan organikmembua
t penukar ion dalam bentuk polimer organik.
• Mengkondensasi fenol polihidrit atau asam fenol sulfonat dengan
formaldehid dapat menaikkan kapasitas dan stabilitas pertuka
ran ion.

11. • Beberapa tahun kemudian dibuatlah penukar ion d
ari polimerisasi styrene +divinyl benzenestyrena
divinil bernzena (SDVB) reaksi kopolimerisasi.
• Dibuat variasi porositas sebagai sifat fisik (sbg mat
riks) derajat ikat silang : perbandingan DVB dan
styrena.
• Derajat ikat silang >, makin kuat & makin tak larut,
kurang berpori & kurang mengembang (swelling).
• Derjat ikat silang <, makin berpori, makin mudah la
rut / mengembang
• Memasukkan gugus fungsi (anion / kation) ke dala
m polimer yang terbentuk

13. • Polimer yang diperoleh dalam bentuk
bongkahan besar digrinding atau di
haluskan hingga mencapai ukuran pa
rtikel yang kecil dan luas permukaann
ya besar.
• Ditambah agen pendispersi seperti p
olyvinyl alkohol selama proses polime
risasi Hasilnya berupa manik-mani
k putih seperti mutiara yang kecil dan
prosesnya dikenal sebagai polimerisa
si .
• Resin ada juga yang dibuat dalam be
ntuk membran dibuat dengan ikat s
ilang resin yang tinggi yang akan dile
wati ion-ion, tetapi tidak untuk air, hal

14. • Pertukaran terjadi secara kontinyu sampai
resin telah jenuh dengan ion yang ditukarka
n Breakthrough capacity ( atau time) ma
ka perlu diregenerasi dengan asam atau ba
sa.
• Resin bekerja secara fisik dan kimiawi.
• Kapasitas pertukaran resin :
Jumlah total ekivalen dari proton atau
hidroksil (gugus yang ada pada resin) yang
digantikan per volum perberat resin.
Ditentukan oleh jumlah dan kekuatan
gugus ionik pada resin.

15. Contoh Resin Penukar Ion

16. Dalam usaha untuk mengimprovisasi dari selektifitas resin penukar
ion, beberapa agen pengompleks dan pengkelat dibangun ke dalam struktur
resin.
Beberapa elektroda ion selektif menggunakan resin tipe ini. jika
ikat-silang < 1,0%, bentuk resin biasanya cair.
Di bawah ini diberikan beberapa contoh struktur resin.
Kompleks dan Kelat Resin
(a)
(b)
(c)

17. • Gambar (a, kiri) menunjukkan resin yang selektif u
ntuk ion kalium,
• Gambar (b, tengah) yaitu hidroquinolin yang digun
akan untuk beberapa ion dengan selektivitasnya di
dasarkan pada pH dari fase elusi.
• Gambar (c, kanan) digunakan untuk pemurnian air
. Resin ini dapat digunakan untuk membunuh bakt
eri gram positif dan bakteri gram negatif dan beber
apa virus.

18. Jenis Resin Penukar Ion
Tipe
resin
Gugus
fungsi
Nama
dagang
Selektivitas
Kation:
Asam
kuat
Asam sulfonat:
R-SO3-H+
Permutit Q
Purolit C-100
Duolite C-20
Dowex 50
AmberliteIR -120
Ag+>Rb+>Cs+>K+>NH4+>Na+>H
+> Li+
Zn2+ > Cu2+ > Ni2+ > Co2+
Kation :
Asam
lemah
Asam
karboksilat:
R-COO-H+
Permutit H-70
Amberlit IRC-50
H+ >>Ag+> K+ >Na+>Li+.
H+>>Fe2+>Ba2+>Sr2+> Ca2+ >
Mg2+
Anion:
Basa
kuat
Ion amonium
kuartener:
[R-CH2N(CH3)3]+Cl-
Dowex-1/SBR-P
Permutit S-1
Amberlite IRA-
400
Purolite A-400
I->fenolat>HSO4
->ClO3
->NO3
-
>Br-> CN->HSO3
->NO2
->Cl-
>HCO3
->IO3
->HCOO->CH3COO-
>OH->I-
Anion:
Basa
lemah
Gugus amine:
[R-NH(R)2]+Cl-
Dowex-3
Permutit W
Amberlite IR-45
R-SO3H>sitrat>CrO3
-
>H2SO4>tatrat>oksalat>H3PO4>
H3AsO4>HNO3>HI>HBr>HCl>H
F>HCOOH>CH3COOH>H2CO3

19. • Resin penukar kation mengandung gugus –SO3H  jeni
s asam kuat, atau gugus –COOH jenis asam lemah.
• Proton dari gugus tersebut dapat ditukar dengan katio
n lain:
nRzSO3
-H+ + Mn+  (RzSO3)nM + nH+
nRzCOO-H+ + Mn+  (RzCOO)nM + nH+
dimana Rz adalah gugus organik dari resin.
• Resin kation dalam bentuk H+, tetapi bentuk ini dapat d
i ubah menjadi bentuk Na dengan menambahkan garam-
Na  ion Na+ akan mengalami pertukaran dengan katio
n H+
Resin Penukar Kation

20. • Resin penukar kation asam lemah bekerja pada p
H sekitar pH 5 – 14.
• Bila pH dibawah 5, maka resin akan ‘menahan’ p
roton terlalu kuat untuk pertukaran kation, hal i
ni berlaku juga untuk pengambilan kation dari ba
sa yang sangat lemah kurang sempurna. (analog
dengan reaksi asam lemah / basa lemah yang tida
k sempurna.)
• Resin asam lemah untuk pemisahan basa kuat ata
u zat ionik multifungsi seperti protein, sedangkan
resin asam kuat untuk pemisahan yang lebih kom
pleks

21. • Resin penukar anion mengandung gugus anion hid
roksil (OH-),
• gugus basa kuat yaitu gugus amonium kuartener,
atau gugus basa lemah yaitu gugus amine. Gugus-
gugus tersebut akan ditukar oleh anion lain.
nRzNR3
+OH- + An-  (RzNR3)nA + nOH-
nRzNH3+OH- + An-  (RzNH3)nA + nOH-
• Pertukaran basa kuat biasanya pada kisaran pH 0
– 12, sedangkan untuk pertukaran basa lemah pa
da kisaran pH 0 - 9 .
• Resin basa lemah untuk pemisahan asam kuat, da
n resin basa kuat untuk pemisahan yang lebih lua
s .
Resin Penukar Anion

22. • Karena perbedaan afinitas ion
 ditentukan oleh muatan ion dan jari-jari ion.
• Misal : R-H + Na+ ↔ R-Na+ + H+
afinitas Na > H dan Na dapat digantikan oleh Ca
R-Na+ + Ca2+ ↔ R-Ca+ + Na+
• Aturan umum untuk afinitas pertukaran ion :
– Pada konsentrasi rendah dan temperatur kamar, tingkat
pertukaran bertambah dengan bertambahnya valensi /
muatan dari penukar ion. Na+ < Ca2+ < La3+ < Th4+
Pada konsentrasi rendah, temperatur kamar, dan valensi
konstan, tingkat pertukaran bertambah dengan
bertambahnya nomor atom / jari-jari pada penukar ion.
Li+ < Na+ < K+ = NH4
+ < Rb+ < Cs+ < Ag+ < Be2+ < Mn2+ <
Mg2+ = Zn2+ < Cu2+ = Ni2+ < Co2+ < Ca2+ < Sr2+ < Ba2+
Reaksi Pertukaran Ion

23. – Pada konsentrasi tinggi, perbedaan potensial pertukar
an ion pada valensi yang berbeda (Na+, Ca2+ ) berkura
ng, dan dalam beberapa bagian berlawanan/ sebalikny
a. Hal ini mengapa resin dapat diregenerasi.
– Pada temperatur tinggi, dalam media nonakuose
(tidak berair) atau pada konsentrasi tinggi, potensial
pertukaran ion pada muatan yang serupa hampir sama
dan reversibel.
– Potensial pertukaran dari beberapa ion relatif dapat did
ekati dari koefisien aktivitasnya yaitu koefisien aktivitas
lebih tinggi pertukarannya lebih besar.

24. – Potensial pertukaran dari ion H+ dan OH- berubah sekali de
ngan sifat gugus fungsi dan tergantung pada kekuatan asam
atau basa yang terbentuk diantara gugus fungsi dan ion H+ a
tau OH- lainnya. Asam atau basa lebih kuat potensial pert
ukarannya lebih rendah.
– Untuk pertukaran basa lemah, tingkat pertukarannya adalah
;
OH- > SO4
2- > CrO4
2- > sitrat > tatrat > NO3
- > AsO4
- > PO4
2-
> MoO4
2- > asetat = I- =Br- > Cl- >F-
– Untuk basa kuat, tingkat pertukaran umumnya sama kecuali
untuk OH-.
“Reaction Scheme Using Sol Gel
Method”

25. - Pu4+>>La3+ > Ce3+ > Pr3+ > Eu3+ > Y3+ > Sc3+ > Al3+ >> Ba2+ >
Pb2+ > Sr2+ > Ca2+ > Ni2+ > Cd2+ > Cu2+ > Co2+ > Zn2+ > Mg2+ >
Uo2
2+ > Tl+ > Ag+ > Rb+ .> K+ > NH4
+ > Na+ > H+ > Li+.
- Penukar ion yang diisi dengan satu jenis ion akan
mengikat sejumlah kecil ion sekitar yang berbeda
secara kuantitatif.
- Resin Na+ akan mengikat sejumlah kecil Li+ karena
selektifitas Na+ > Li+, tetapi resin Na dapat mengikat
dalam jumlah besar ion Ni2+ atau Al3+ , selanjutnya ion
tersebut dapat diambil / dikeluarkan dari resin dengan
cara dielusi dengan asam berlebih.

26. • Dipengaruhi oleh selektivitas ion, misalnya:
kompetisi antara ion Na+ dan Li+ pada resin digambarkan
sebagai berikut:
R-Na+ + Li+  R-Li+ + Na+
• Konstanta kesetimbangan disini sama dengan koefisien selektivi
tas K  menggambarkan selektivitas relatif resin untuk ion Li+
dan Na+ KNa
Li
• KNa
Li = [Na+][Li+]R / [Li+][Na+]R
• Harga koefisien selektifitas dihitung dari percobaan.
• Selektivitas relatif untuk ion tertentu bertambah dengan bertamb
ahnya ikat silang.
• Secara umum pertukaran ion lebih suka mengikat ion yang berm
uatan besar, jari-jari hidrat besar dan bertambahnya polarisabilit
as.
Kesetimbangan Pertukaran Ion

27. Jika resin telah jenuh dengan ion yang ditukarkan, maka
dapat diregenerasi.
Misal: resin jenuh dengan Na+  (R-Na+), maka Na+ dapat
dilepas dengan menambah asam dgn konsentrasi yang
lebih besar.
R-Na+ + H+ (4N) R-H+ + Na+
Resin anion ( R-Cl) diregenerasi dengan basa NaOH
R-Cl- + OH- (4N) --> R-OH- + Cl-
Resin dapat dipakai kembali.
Regenerasi Resin

28. Kemampuan resin untuk menukarkan ionnya= jumlah ion yg
dapat ditukarkan persatuan volum atau berat.
Dengan mengukur kapasitas :
• Memilih resin yg baik & harga murah.
• Mendesain alat & mengukur kerusakan resin
Untuk kation : 2 – 3 meq/mL & untuk anion : 1 – 2 meq/mL
Ditentukan dengan cara titrasi
Kapasitas Pertukaran Ion

29. • Label pada botol resin penukar ion yang di jual dipasara
n umumnya mengandung informasi seperti dibawah ini:
strongly acidic, sulfonic acid, Na+, 20-50 mesh,
medium porosity or 8X, 4.4 meq/g min dry.
• Apa arti keterangan tersebut?.
–Penukar kationnya dalam bentuk asam sulfonat.
–Kation yang ada pada resin adalah natrium.
–Manik-manik tersebut semuanya lolos melewati ayaka
n 20 mesh, tetapi tidak untuk ayakan 50 mesh.
–Derajat ikat –silangnya menunjukkan 8X, ini artinya b
ahwa 8% divinil benzen ditambahkan ke campuran aw
al, bukan berarti 8% diikat silang.
–Medium resin berpori.
–Satu gram resin kering mempunyai kapasitas pertuka
ran sampai 4,4 meq.
Informasi pada Label

30. • Kandungan DVB bervariasi ( 1%-16%), yang berguna un
tuk menambah kandungan ikat silang dari polimer hidr
okarbon yang tak larut.
• Kandungan ikat silang ditunjukkan oleh notasi ’XN’ set
elah nama resin.
• Contohnya Dowex 1-X4, artinya DVB nya 4 %.
• Makin banyak ikat silang, maka resin menjadi lebih rigi
d dan kurang berpori.
• Resin dengan ikat silang sedikit, akan makin mudah me
ngembang (Swelling) dalam air, sehingga kapasitas per
tukaran ion dan selektivitasnya berkurang.

31. Faktor yang mempengaruhi pertukaran ion:
1. pH
2. Kecepatan alir
3. Konsentrasi ion terlarut
4. Tinggi / jumlah media penukar ion
5. Suhu
Faktor yang mempengaruhi kerusakan resin:
1. Oksidasi (khususnya oleh Cl2 dan ozon)
memutuskan ikat silang  gugus penukar jadi inaktif.
Perlu dipasang kolom adsorben (karbon) sebelum
kolom resin.
2. Foulingpori2 tertutup oleh zat organik, koloid dari
hidroksida logam & silika.
3. Hancur aliran air/larutan yang tinggi & tekanan terus
menerus.

32. Model kolom yang berisi resin dalam
proses pertukaran ion:
1. Sistem 1 Kolom
(single bed)
• Sistem satu kolom (mixe
d bed)

33. • Sistem dua kolom (doub
le bed)
• Sistem kombinasi

34. HAL YANG PERLU DIPERHATIKAN.
1.Jangan membuang resin yang telah digunakan. Karena
resin dapat diregenerasi beberapa kali. Kumpulkan
resin dalam wadah tertutup untuk menjaga
kelembabannya; dan jika sediaannya bagus dapat
dikumpulkan, diregenerasi ke bentuk ionik yang
diinginkan oleh cara penukar batch.
2.Pre-swell (sebelum mengembang) butir-butir resin
sebelum dimasukkan kolom. Butir-butir resin
mengembang jika diletakkan dalam air, khususnya akan
mengembang 2X sampai 4X.
Jika ikat silang besar, maka resin kurang mengembang.
Rendam resin dalam air beberapa menit atau sampai
volume butiran mengembang lalu hentikan. Pada saat ini
udara juga akan terjebak dan hal ini akan
mempengaruhi kualitas packing kolom.

35. 3. Untuk pemisahan kromatografi ion yang paling baik
digunakan butiran resin dengan diameter yang sama.
Semakin kecil butiran resin, maka pertukaran akan
lebih cepat dan hasilnya akan mengurangi waktu difusi
ion serta menghasilkan puncak pita yang tidak lebar.
Butiran dengan beberapa ukuran dapat digunakan
untuk model pertukaran batch pada gugus ion , sebab
cara ini tidak memerlukan waktu pemisahan sebagai
salah satu faktor.

36. thanks for the attention