ion exchange resin

Aplikasi Ion Exchange Resin : Dari Water Treatment Hingga Farmasi

Ion Exchange Resin berfungsi menurunkan kadar kapur hingga menghasilkan air murni untuk kebutuhan farmasi dan lainnya.  Pada artikel ini, kita akan menjelaskan beberapa aplikasi yang sering menggunakannya pada bidang water treatment.

Sistem water treatment adalah salah satu kegunaan utama ion exchange resin.  Fungsinya secara efektif menghilangkan mineralogi dalam air, seperti logam berat dan bahan kimia berbahaya.  Dalam proses pertukaran ion, akan ada ion yang ditukar, sehingga membutuhkan ion lainnya untuk menggantinya.

Aplikasi ion exchange resin dalam pengolahan air, mempunya aplikasi pada industri yang lebih luas.  Selain di industri farmasi, juga bisa menggunakannya untuk duni otomotif, pembangkit listrik, dan lainnya.

ion exchage resin
E.D.I. SISTEM
Kapasitas yang dihasilkan dari model Elektrodeionisasi Sistem ini adalah 6 – 20 M3/Jam.
ion exchange resin
MIXEDBED DEIONISASI
Sistem ini menggunakan resin anion dan cation yang diletakkan dalam satu tabung (tangki) filter.
ion exchange resin
WATER SOFTENER
Fungsi Softener untuk menurunkan hardness, pilihan operasional bisa automatic atau manual

Bagaimana Cara Kerja Ion Exchange Resin?

Ion exchange resin bekerja dengan menukar ion dalam air dengan ion bermuatan yang sama.   Resin ini terdiri dari manik-manik berpori atau butiran yang terbuat dari polimer organik sintetis.  Gugus fungsi dalam resin memiliki muatan tetap, baik positif atau negatif, dan menarik ion dengan muatan berlawanan.

Ketika larutan yang mengandung ion bersentuhan dengan resin, ion tertarik ke gugus fungsi dan menggantikan ion yang sudah menempel.  Proses pertukaran ini memungkinkan resin untuk secara selektif menghilangkan atau memisahkan ion spesifik dari larutan, tergantung pada sifat resin.

Istilah pertukaran ion pada sistem ion resin mengenalnya dengan istilah regenerasi.  Pada sistem water softener, untuk melakukan regenerasi membutuhkan garam (NaCL).  Sedangkan untuk demineralisasi, resin anion dan cation membutuhkan regenerasi dengan asam kuat (HCl) dan basa kuat (NaOH).

Lamanya waktu regenerasi ion exchange resin sangat tergantung pada jumlah mineral dalam air.  Sehingga pada volume resin yang sama, akan mempunyai waktu regenerasi yang berbeda.

Apa Saja Jenis Media Ion Exchange Resin?

Ion exchange adalah media resin yang berfungsi untuk menukar mineral tertentu yang jumlahnya berlebihan.  Pada umumnya ion exchange ini akan menukar ion Ca dan Mg, serta mineral umum secara total.

Media ion exchange resin khususnya dalam sistem Demineralization dan Mixed Bed System, harus mengetahui jenis media resinnya.   Media resin untuk water treatment sistem pada air industri mempunyai klasifikasi dalam empat kategori:

  1. Kation Asam Kuat (SAC)
  2. Kation Asam Lemah (WAC)
  3. Anion Basa Kuat (SBA)
  4. Anion Basa Lemah (WBA)

Resin SAC dapat menetralkan basa kuat dan mengubah garam netral menjadi asam yang sesuai.  Sedangkan resin SBA dapat menetralkan asam kuat dan mengubah garam netral menjadi basa yang sesuai.  Type resin ini digunakan di sebagian besar aplikasi pelunakan dan demineralisasi.

Jenis resin WAC dan WBA masing-masing mampu menetralkan basa kuat dan asam. Resin ini digunakan untuk alkalisasi, demineralisasi parsial, atau (dalam kombinasi dengan resin kuat) demineralisasi.

Aplikasi Ion Exchange Resin Dalam Water Treatment

Salah satu kegunaan utama ion exchange resin adalah dalam water treatment.  Resin ini secara efektif menurunkan kadar kapur dan logam berat.  Manik-manik resin berfungsi sebagai sistem penukar, yang akan menggantikan ion yang akan di hilangkan.

Pada beberapa industri, aplikasi ion exchange resin bisa menggunakannya secara bersamaan yaitu fungsi water softener dan fungsi demineralisasi.  Pada air yang mengandung kapur tinggi, maka air harus soft terlebih dahulu.  Tujuannya agar pada fungsi demineralisasi, menukarnya dengan ion yang lebih berat.

Fungsi water softener adalah menghilangkan ion kalsium (Ca) dan magnesium (Mg), yang menyebabkan kesadahan air.   Sedangkan proses demineralisasi dan deionisasi menghilangkan berbagai ion, seperti nitrat, sulfat, dan padatan terlarut, untuk menghasilkan air dengan kemurnian tinggi.

Penggunaan ion resin dalam water treatment memastikan air yang aman bersih dari sisa kimia berbahaya. Resin secara efektif menghilangkan zat berbahaya, meningkatkan kualitas dengan menurunkan kadar kapur dan TDS air.

Aplikasi Ion Exchange Resin Dalam Industri Makanan dan Minuman

Industri makanan dan minuman juga menggunakan ion exchange resin.  Aplikasinya bisa untuk pemurnian gula, juice clarification dan pemurnian aditif makanan.

Dalam pemurnian gula, ion exchange resin untuk menghilangkan kotoran, pewarna, dan zat lain yang tidak boleh ada pada sirup gula. Media resin secara selektif menarik dan menangkap kotoran ini, sehingga bisa menghasilkan produk gula yang lebih bersih dan lebih halus.

Demikian pula, dalam juice clarification, ion exchange resin membantu menghilangkan partikel yang tidak diinginkan, seperti pektin dan protein, dari jus buah.  Resin secara efektif menjebak partikel-partikel ini, menghasilkan jus yang lebih jelas dan lebih menarik secara visual.

Ion resin juga bisa menggunakannya dalam pemurnian aditif makanan, seperti asam sitrat dan asam tartarat.  Resin membantu menghilangkan kotoran dan produk sampingan, memastikan kualitas dan kemurnian aditif ini.

Penggunaan ion resin dalam industri makanan dan minuman memastikan produksi produk berkualitas tinggi dan aman bagi konsumen.

Aplikasi Ion Exchange Resin Dalam Industri Farmasi

Industri farmasi sangat bergantung pada ion exchange resin untuk berbagai aplikasi. Resin ini memainkan peran penting dalam proses pemurnian dan pemisahan obat, memungkinkan produksi obat-obatan berkualitas tinggi.

Selama proses pembuatan obat, ion resin berfungsi untuk menghilangkan kotoran, seperti pewarna, logam berat, dan senyawa organik, dari zat obat.  Resin secara selektif menangkap kotoran ini, menghasilkan produk obat yang lebih bersih dan lebih murni.

Pada bidang farmasi, penggunaan ion exchange resin bisa pada produk langsung ataupun tidak langsung.  Beberapa pabrik obat hampir selalu menggunakan water softener baik langsung berhubungan dengan obat atau untuk sistem utilitas pabrik.

Beberapa produk yang berhubungan dengan cairan pastinya menggunakan sistem water softener dan demineralisasi sistem.  Produk obat tetes mata atau produk air sanitasi dengan yodium menggunakan air dengan mineral rendah.  Sehingga penggunaan demineralisasi dengan ion exchange resin jadi keharusan.

Penggunaan ion resin dalam industri farmasi memastikan produksi obat-obatan yang aman, efektif, dan berkualitas tinggi.

Menggunakan Ion Exchange Resin Untuk Pemrosesan Kimia

Pada pemrosesan kimia juga banyak menggunakan ion exchange resin.  Industri ini menggunakannya untuk proses pemulihan logam, pemulihan asam, dan pengolahan air limbah.

Dalam pemulihan logam, ion exchange resin berfungsi untuk menangkap dan memisahkan logam tertentu dari larutan secara selektif.  Resin bertindak sebagai sistem pemurnian, sehingga memungkinkan memisahkan ekstraksi logam berharga dari air limbah industri atau solusi pertambangan.

Ion resin juga memainkan peran penting dalam pemulihan asam.  Fungsinya memungkinkan untuk menggunakan kembali dan meminimalkan limbah. Proses ini sangat penting dalam industri yang memanfaatkan asam kuat, seperti industri elektro plating dan finishing logam.

Selain itu, ion exchange resin menggunakannya untuk pengolahan air limbah.  Pada bidang ini, membantu menghilangkan logam berat dan senyawa organik dari aliran air limbah industri. Resin secara efektif menangkap polutan ini, menghasilkan limbah yang lebih bersih dan ramah lingkungan.

Penggunaan ion exchange resin dalam pemrosesan kimia meningkatkan efisiensi berbagai proses industri dan mengurangi dampak lingkungan dari limbah.

Peran Ion Exchange Resin Pada Bidang Pertambangan dan Metalurgi

Sektor pertambangan dan metalurgi secara ekstensif menggunakan ion exchange resin untuk berbagai aplikasi.  Resin ini memainkan peran penting dalam proses pemulihan, pemurnian, dan pemisahan logam.

Dalam pemulihan logam, ion exchange resin berfungsi menangkap dan memulihkan logam berharga dari solusi pertambangan atau air limbah industri.  Resin memungkinkan ekstraksi logam seperti emas, perak, dan platinum, menghasilkan proses pemulihan yang efisien dan hemat biaya.

Dalam proses pemurnian logam, ion exchange resin membantu menghilangkan kotoran, seperti tembaga, nikel, dan seng, dari larutan logam.  Sehingga menghasilkan logam dengan kemurnian tinggi untuk proses industri lebih lanjut.

Aplikasi proses pemisahan logam juga menggunakan ion exchange resin.  Dengan ion resin, maka memungkinkan pemisahan selektif logam spesifik dari larutan campuran.

Penggunaan ion exchange resin di sektor pertambangan dan metalurgi meningkatkan efisiensi proses pemulihan logam dan berkontribusi pada produksi logam berkualitas tinggi.

Aplikasi Beragam Lainnya dari Ion Exchange Resin

Selain industri yang disebutkan di atas, ion exchange resin berfungsi juga pada banyak aplikasi beragam lainnya.

Dalam industri nuklir, ion exchange resin berfungsi untuk pengolahan dan pemurnian limbah radioaktif.  Resin membantu menghilangkan isotop radioaktif, memastikan pembuangan yang aman atau penggunaan kembali limbah.

Ion exchange resin dalam hal ini pada sistem mixed bed sistem berfungsi menghasilkan air murni untuk industri semikonduktor dan elektronik.  Air murni ini akan menghasilkan konduktivitas atau mineralogi yang rendah, biasanya lebih kecil dari 1 micro siemens atau mungkin lebih baik lagi.

Aplikasi selanjutnya, ion exchange resin menemukan aplikasi di sektor pertanian. Fungsinya untuk remediasi tanah dalam menghilangkan polutan dan logam berat, meningkatkan kualitas tanah untuk keperluan pertanian.

Masalah Umum Sistem Ion Exchange Resin

Perubahan kualitas air baku memiliki dampak yang signifikan pada sistem ion exchange resin.  Terkadang air baku mengalami perubahan TDS air baku, akan secara drastis merubah kualitas hasil.

Meskipun sebagian besar air sumur memiliki kualitas yang konsisten, sebagian besar komposisi air permukaan sangat bervariasi dari waktu ke waktu. Peningkatan 10% dalam kesadahan air untuk pelunak natrium zeolit menyebabkan penurunan 10% dalam panjang layanan.

Peningkatan rasio natrium terhadap kation total menyebabkan peningkatan kebocoran natrium dari sistem demineralisasi.  Analisis kimia reguler dari air masuk ke penukar ion harus dilakukan untuk mengungkapkan variasi tersebut.

1. Masalah Operasional

Masalah umum yang terjadi dalam ion exchange resin sistem adalah masalah operasional.  Masalah operasional ini umumnya terjadi baik pada sistem otomatis, maupun sistem manual.  Pada sistem otomatis masalah muncul karena ketergantungan sistem electronic control.

Sistem electronic control ini terkadang tidak bisa 100% secara otomatis, masih ada langkah tertentu yang menggunakan sistem manual.  Misalnya, penambahan dan pergantian bahan kimia atau bahan regenerasi garam biasanya juga harus manual.

Sedangkan pada operasional manual, masalah muncul adalah karena terlalu banyak menggunakan valve.  Sehingga teknisi operator sering kali mengalami kekeliruan dalam pemilihan operasional valve.  Pemilihan jenis valve juga penting, yaitu valve yang harus tahan terhadap kimia.

2. Regenerasi Yang Tidak Tepat

Regenerasi yang tidak tepat pada sistem ion exchange resin penyebabnya adalah karena aliran, waktu atau konsentrasi regeneran yang keliru.  Perlu sekali mengikuti rekomendasi dari manufaktur resin.  Terkadang jenis resin dari merek tertentu mempunyai anjuran yang berbeda, misalnya merek Dowex, Purolite, Lewatit dan lainnya.

Flow aliran dengan kapasitas dan tekanan yang tidak sesuai saat proses regenerasi, maka menyebabkan hasil yang kurang sempurna.  Sebelum proses regenerasi, maka harus ada proses filtrasi pada umumnya yaitu backwash dan pembilasan.

Hal yang perlu jadi perhatian adalah resin tidak boleh kotor oleh endapan, artinya permukaan resin harus bersih.  Untuk itu jangan sampai ion exchange resin berfungsi sebagai filter yang menangkap atau menyerap kotoran.

Kontaminan mineral yang berlebihan juga menyebabkan juga membutuhkan regenerasi yang panjang.  Sering kali desain volume resin lebih kecil dari jumlah “grain capaity” dari mineral air bakunya.  Artinya, volume tertentu harus di desain sesuai dengan jumlah mineral air baku serta lamanya waktu operasional kerja.

3. Masalah Mekanik

Masalah mekanis khas yang terkait dengan sistem ion exchange resin meliputi:

  1. Katup Bocor, yang menyebabkan kualitas limbah yang buruk dan pembilasan yang berkepanjangan.
  2. Distributor Rusak atau Tersumbat, yang mengarah ke tekanan tinggi dan menjebak kapasitas flow.
  3. Berkurangnya Volume Resin, karena beberapa kali melakukan backwash sering kali ada volume resin yang terbawa ke saluran pipa pembuangan.

Masalah Instrumentasi, seperti alat penghitung atau pengukur konduktivitas yang salah, yang mungkin menunjukkan masalah ketika tidak ada, atau dapat menyebabkan kualitas air yang buruk untuk diservis. Instrumentasi di area demineralisasi harus diperiksa secara teratur.

4. Resin Kotor dan Degradasi

Ion exchange resin dapat ter kotori dengan kontaminan yang menghambat proses pertukaran.  Salah satu contoh pengotoran adalah adanya unsur besi yang berlebihan.

Resin juga dapat menurun kualitasnya karena bahan kimia yang menyebabkan kerusakan permanen. Beberapa bahan, seperti organik alami, resin busuk.  Faktor ini adalah penyebab paling umum pengotoran dan degradasi dalam ion exchange resin.

Penyebab Adanya Pengotoran Media Ion Resin

Besi dan Mangan — unsur besi dan mangan ini sangat dominan jika menggunakan air tanah.  Untuk air tanah dengan kandungan besi dan mangan yang berlebihan, sebaiknya menggunakan media filter untuk menurunkannya, misalnya menggunakan media manganese greensand.

Perlu selalu di cek kada Fe dan Mn, biasanya Fe lebih dari 0.5 ppm dan mangan lebih dari 0.2 ppm menjadi ancaman sistem ion exchange resin.

Aluminium — unsur aluminium biasanya hadir sebagai aluminium hidroksida.  Unsur ini bisa menurunkannya dengan asam atau kaustik.  Biasanya, aluminium bukan merupakan pengotoran dalam sistem demineralisasi, karena aluminium dihilangkan dari resin selama regenerasi normal.

Keuntungan dan Keterbatasan Ion Exchange Resin

Ion exchange resin memberikan kontribusi keuntungan terhadap aplikasi di dunia industri lebih luas.  Ion resin sangat efisien dalam menghilangkan ion atau zat tertentu dari larutan, sehingga memastikan produksi produk berkualitas tinggi.

Dalam aplikasi tertentu, resin dapat di rekayasa untuk memiliki sifat tertentu, sehingga memungkinkan secara selektif menangkap ion tertentu.

Selain itu, ion exchange resin hemat biaya dan ramah lingkungan.  Hal ini karena media resin dapat di regenerasi dan menggunakannya kembali.  Dari pengalaman lapangan mapurna, bahwa penggunaannya bisa untuk periode lebih dari dua tahun.

Sedangkan keterbatasannya adalah, ion exchange resin tidak efektif pada air yang mempunyai mineral terlalu tinggi.  Misalnya, air dengan TDS tinggi lebih dari 200 ppm sebaiknya tidak menggunakan sistem ion resin.  Sebagai alternatif lebih baik menggunakan sistem reverse osmosis dan nanofiltrasi.

Pada air mengandung mineral tinggi, maka media resin akan cepat jenuh dan akhirnya regenerasi akan semakin cepat.  Dengan regenerasi cepat, maka biaya pembelian kimia regenerasi akan lebih sering.

Kesimpulan: Masa Depan Ion Exchange Resin di Berbagai Industri

Ion exchange resin adalah salah cara memecahkan masalah dalam menurunkan mineralogi dalam air.  Air dengan kesadahan berlebihan, bisa menguranginya dengan sistem water softener.  Sedangkan untuk mendapatkan air murni, bisa juga menggunakan demineralisasi dengan mixed bed.

Dengan kemajuan teknologi, maka aplikasi ion exchange resin kemungkinan akan berkembang lebih jauh. Kemampuan ion resin secara selektif menangkap dan memisahkan ion atau zat tertentu menjadikannya suatu sistem yang sangat berharga dalam berbagai proses manufaktur.

Dalam pemasangannya ion exchange resin tidak bisa berdiri sendiri, harus menambahkan pretreatment sistem di depannya seperti multimedia filter, carbon filter dan water softener.  Bahkan untuk menghasilkan air dengan kemurnian tinggi, wajib menambahkan reverse osmosis unit sebelum mixed bed ion resin.

Namun saat ini khusus fungsi ion resin untuk menghasilkan air murni, maka ada teknologi alternatif lainnya yaitu electrode ionization sistem (EDI water).  Secara definitif sistem EDI water, tidak menggunakan bahan kimia untuk regenerasi.