Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN
ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
*) Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN
205
PENGARUH ION LOGAM KO-EKSISTENSI
TERHADAP SORPSI CESIUM DAN STRONSIUM OLEH BENTONIT
Budi Setiawan *)
ABSTRAK
PENGARUH ION LOGAM KO-EKSISTENSI TERHADAP SORPSI CESIUM DAN
STRONSIUM OLEH BENTONIT. Studi tentang pengaruh ion logam yang ada di larutan
sebagai ion ko-eksistensi terhadap reaksi sorpsi radiocesium dan stronsium oleh bentonit telah
dipelajari. Bermacam jenis ion logam yang terlarut di air tanah diperkirakan akan berpengaruh
terhadap sorpsi radiocesium dan stronsium oleh bentonit. Mineral bentonit ini pada fasilitas
penyimpanan akhir limbah radioaktif akan berperan sebagai bahan penyangga yang diletakkan
antara paket limbah dan host rock. Sedangkan radiocesium dan stronsium merupakan
radionuklida acuan untuk penelitian tentang limbah radioaktif aktivitas rendah-sedang. Tujuan dari
kegiatan ini adalah untuk mendapatkan informasi mengenai proses perpindahan radiocesium dan
stronsium secara sorpsi dari larutan ke dalam mineral bentonit, dimana untuk itu bahan kajian ini
menggunakan informasi sekunder/studi literatur yang ada. Dari hasil kajian yang ada diharapkan
dapat memberikan gambaran proses perpindahan radiocesium dan stronsium dari larutan ke
bentonit saat ion logam lain juga ada bersama di larutan. Material yang sama sebagai mineral
lokal asal Indonesia dilain waktu perlu juga dipelajari kemampuannya bila digunakan sebagai
bahan penyangga.
Kata kunci: sorpsi, ion-koeksistensi, cesium, stronsium, bentonit
ABSTRACT
EFFECT OF CO-EXISTENCE METAL IONS TO SORPTION OF CESIUM AND
STRONTIUM ONTO BENTONITE. Study of metal ions effect exists in solution as co-existence
ions to radiocesium and strontium sorption reaction onto bentonite has been done. Various
soluble metal ions in groundwater were predicted to give an effect to radiocesium and strontium
sorption onto bentonite. Bentonite mineral on a radwaste disposal facility has role as a buffer
material, which is put in between waste packages and host rock. However radiocesium and
strontium are a reference radionuclide for the study of low and intermediate-level wastes.
Objective of the study was to collect the information about transfer process of radiocesium and
strontium by sorption method from solution onto bentonite mineral, where the material of study
used secondary information/ available literatures. From the study hoped that it would give some
information of transfer processes of radiocesium and strontium from solution onto bentonite when
other metal ions also existed in solution. For next investigation it would be valuable if the similar
materials such as a local mineral from Indonesia also to be studied their capacity for applying as
buffer material.
Keywords: sorption, co-existence ion, cesium, strontium, bentonite
PENDAHULUAN
Masalah utama dari kegiatan nuklir
adalah timbulnya limbah radioaktif yang
harus dikelola dengan baik dan benar agar
kontaminannya
tidak
tersebar
dan
membahayakan
lingkungan
hidup.
[1]
Radioaktivitas yang ada juga harus dikelola
agar turun ke aktivitas yang tidak lagi dapat
membahayakan lingkungan hidup. Sistem
penyimpanan akhir limbah radioaktif (PA-
LRA) dibuat dengan sistem yang berlapis
seperti
ditunjukkan
pada
Gambar
1,
sehingga material yang digunakan sebagai
pelapis pada sistem tersebut perlu diuji dan
dipelajari kemampuannya [2,3]. Salah
satunya adalah bahan penyangga (buffer
materials
) yang diletakkan antara paket
limbah dan dinding batuan/tanah alami.
Batuan bentonit umumnya digunakan untuk
keperluan ini. Batuan bentonit mempunyai
sifat fisik yang dapat melakukan
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN
ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
206
Radiocesium (Cs-137) dan stronsium
(Sr-90) adalah salah satu radionuklida acuan
untuk limbah radioaktif beraktivitas
rendah-sedang karena umur paro kedua
radionuklida relatif panjang (30 dan 28
tahun) dan sifat cesium yang mudah terlarut
di air tanah, sedangkan stronsium bersifat
mudah tinggal di dalam tubuh manusia
dengan melakukan substitusi dengan ion
kalsium yang ada di tulang belakang.
Interaksi antara radiocesium dan stronsium
dengan bahan/mineral alami seperti bentonit
menjadi objek penelitian yang menarik dan
penting dilakukan karena perhatian terhadap
masalah
kontaminasi
radionuklida
ke
lingkungan. Studi sorpsi elemen radioaktif
yang dihasilkan dari proses fisi seperti
radiocesium dan stronsium dengan bahan
alami menjadi suatu subjek kegiatan yang
perlu diperhatikan.
Di air tanah telah eksis bermacam ion
logam yang diperkirakan turut berinteraksi
dengan sistem penghalang [4], sehingga
keberadaan ion logam koeksistensi di air
tanah merupakan salah satu parameter
penting yang ikut dipertimbangkan pada
proses sorpsi radionuklida dari larutan ke
bahan alami seperti bentonit. Proses
kinetikanya akan memberikan gambaran
kemampuan
bahan
tersebut
untuk
“mengambil” ( removal) radionuklida dari
larutan. Proses pengambilan radionuklida
dari larutan dapat diketahui dari koefisien
distribusi radionuklida di sampel dan tersisa
di larutan atau dikenal sebagai nilai
koefisien distribusi/Kd (ml/g) dimana [5],
larutan
di
tersisa
banyaknya
padatan
di
terserap
banyaknya
RN
RN
=
K
d
(1)
atau
K
d
=
C
0
− C
t
C
t
V
m
(2)
C
0
dan C
t
masing-masing adalah konsentrasi
awal dan akhir radionuklida (RN) di larutan,
V
adalah volume total larutan (ml), m adalah
massa lempung (g) dan K
d
adalah koefisien
distribusi radionuklida di sampel dan di
larutan.
Penggelembungan (swelling) dengan
cara menyerap larutan/air. Jarak antar
lapisan yang semakin menjauh akibat
serapan air menyebabkan batuan bentonit
dapat menggelembung. Sifat ini kemudian
dimanfaatkan sebagai bahan penyangga
untuk menghambat laju adanya rembesan
air/air tanah menuju ke paket limbah yang
ada di fasilitas PA-LRA. Adanya lepasan
radionuklida yang ikut merembes bersama
aliran air dari fasilitas PA-LRA juga akan
dihambat oleh lapisan bentonit dengan cara
diserap (sorption process) agar kontaminan
tidak menyebar lebih jauh dari fasilitas PA-
LRA. Terlihat bahwa peran bentonit sebagai
penghambat
kemungkinan
adanya
penyebaran radionuklida dari fasilitas PA-
LRA sangat penting untuk dipelajari.
Gambar 1. Sistem penghalang berlapis pada salah satu fasilitas PA-LRA jenis dekat permukaan
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN
ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
207
Pada kajian ini akan dipelajari
pengaruh adanya ion-ion logam koeksistensi
(seperti Na
+
, K
+
, Ca
2+
, Mg
2+
)yang bersama-
sama ada di larutan terhadap interaksi antara
radiocesium/Cs-137 dan stronsium/ Sr-90
dengan bentonit. Hasil kajian ini akan
membantu untuk mempelajari salah satu
parameter
penting
yang
berhubungan
dengan karakter sorpsi radionuklida yang
berguna memahami perilaku radionuklida
pada suatu sistem penghalang pada suatu
fasilitas PA-LRA jenis aktivitas rendah-
sedang. Tujuan pengkajian ini adalah
mempelajari salah satu parameter penting
yang berpengaruh pada proses perpindahan
radiocesium dan stronsium secara sorpsi dari
larutan
ke
bentonit
sebagai
bahan
penyangga.
METODE
Pengkajian tentang pengaruh ion logam
ko-eksistensi terhadap sorpsi cesium dan
stronsium
oleh
bentonit
dilaksanakan
melalui studi pustaka terhadap beberapa
hasil penelitian yang telah dilakukan
sebelumnya [6-10]. Pengukuran sorpsi
dilakukan
secara
catu/ batch,
dimana
bentonit sebagai sampel dikontakkan dengan
larutan yang mengandung radionuklida (Cs-
137, Sr-90). Waktu yang digunakan untuk
pengontakkan antara radionuklida dengan
sampel sengaja dilakukan sebelum waktu
jenuh atau kesetimbangan tercapai. Hal ini
dimaksudkan agar reaksi pertukaran antara
radionuklida dengan ion-ion ko-eksistensi
yang akan dipelajari terlihat dengan jelas
tidak
terpengaruh
dengan
adanya
radionuklida yang terikat tak dapat balik
oleh sampel bentonit.
Beberapa
peralatan
yang
umum
digunakan pada studi seperti ini adalah
roller
atau shaker pengocok campuran
larutan yang mengandung radionuklida dan
sampel bentonit yang dapat dikontrol
kecepatan kocoknya, alat pemisah fase air
dan
padatan
seperti
alat
pemusing
(centrifuge) atau alat penyaring, alat analisis
radiometrik
seperti
liquid
scintillation
counter
(LSC)
atau
multichannel
analyzer
.(MCA). Kegiatan pengkajian ini
seluruhnya dilaksanakan pada tahun fiskal
2009 di Bidang Teknologi Penyimpanan
Lestari,
PTLR-BATAN,
Serpong-
Tangerang, Banten.
PEMBAHASAN
Nilai
optimal
Kd
dari
suatu
radionuklida yang terserap ke padatan dapat
diperoleh
dengan
cara
menambahkan
konsentrasi penyerapnya terhadap larutan
berisi radionuklida dengan konsentrasi
tertentu.
Setelah
waktu
pengontakkan
tertentu sebagian radionuklida akan terserap
ke penyerap seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 2 dan 3, masing-masing untuk
radiocesium dan radiostronsium.
Nilai
Kd
dari
masing-masing
radionuklida terlihat meningkat bersama
dengan bertambahnya konsentrasi penyerap.
Pada konsentrasi / berat penyerap yang
tertentu nilai Kd radionuklida telah menjadi
maksimal, hal ini disebabkan karena site
pertukaran dari penyerap (dalam kasus ini
adalah bentonit) untuk melakukan sorpsi
telah mencapai kondisi optimal. Nilai
optimal Kd yang diperoleh untuk sorpsi
radiocesium dan stronsium terserap ke
sampel
bentonit
masing-masing
dapat
mencapai 1025 dan 410 ml/g. Disini terlihat
bahwa site pertukaran untuk ion cesium
pada sampel bentonit tersedia lebih banyak
dibandingkan dengan yang tersedia untuk
stronsium, sehingga menyebabkan nilai Kd
cesium > stronsium.
Kemampuan ion-ion koeksistensi
mempengaruhi nilai Kd radionuklida ke
bentonit ditunjukkan pada Gambar 4 dan 5,
masing-masing untuk radiocesium dan
stronsium. Terlihat bahwa keberadaan
sejumlah konsentrasi ion koeksistensi di
larutan dapat menyebabkan berkurangnya
nilai Kd radionuklida di bentonit. Nilai Kd
radiocesium akan menurun secara nyata dari
nilai awal sekitar 1000 ml/g menjadi sekitar
500 ml/g, sedangkan untuk stronsium juga
berkurang dari nilai Kd 400 turun menjadi
sekitar 130 ml/g.
Pengaruh
ion-ion
koeksistensi
terhadap
nilai
Kd
radiocesium
yang
dihasilkan mengikuti urutan sebagai berikut:
K
+
> Ca
2+
> Mg
2+
> Na
+
. Urutan ini agak
berbeda dengan pertukaran ion yang umum
terjadi, dimana biasanya proses pertukaran
ion untuk ion-ion divalent akan lebih kuat
berkompetisi terhadap ion-ion monovalen
pada sorpsi radionuklida berkonsentrasi
sangat kecil [11].
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN
ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
208
Gambar 2. Pengaruh penambahan penyerap terhadap nilai Kd radiocesium .
Gambar 3. Pengaruh penambahan penyerap terhadap nilai Kd radiostronsium.
Pada
Gambar
4
terlihat
bahwa
radiocesium yang terserap oleh bentonit
menjadi lebih sedikit/lebih rendah nilai
Kdnya
akibat
keberadaan
ion
K
dibandingkan dengan pengaruh keberadaan
ion Ca di larutan. Kuatnya pengaruh ion K
terhadap sorpsi Cs dapat diterangkan sebagai
berikut. Ion K yang sama-sama berada di
golongan I pada daftar unsur susunan
berkala mempunyai radius ion (ionic radii)
yang mirip dengan yang dimiliki oleh ion Cs
sehingga akan menyebabkan kompetisi yang
lebih efektif dengan ion Cs untuk melakukan
pertukaran posisi antara ion K dengan
radiocesium
dengan
lebih
optimum
dibandingkan dengan ion Ca. Kemiripan
ukuran, muatan dan hidrasi antara ion Cs
dengan ion koeksistensi akan menentukan
pengaruh sorpsi radionuklida oleh bentonit.
Sehingga untuk meningkatkan efisiensi
pengambilan Cs dari larutan, konsentrasi
yang tinggi dari ion-ion koeksistensi di
larutan sejauh mungkin perlu dihindari.
Sedangkan pengaruh ion koeksistensi di
larutan
terhadap
nilai
Kd
stronsium
ditunjukkan pada Gambar 5, dimana
efektivitas ion koeksistensi di larutan dalam
mereduksi sorpsi Sr oleh bentonit mengikuti
urutan sebagai berikut: Ca
2+
> Mg
2+
> K
+
>
Na
+
. Hal ini dapat diterangkan bahwa
semakin lebarnya radius ion koeksistensi
membuat reduksi sorpsi radiostronsium
menjadi lebih efektif.
Kemudahan
untuk
melakukan
pertukaran ion antara ion koeksistensi
dengan ion Sr dapat terjadi karena ion-ion
yang
saling dipertukarkan
mempunyai
golongan yang sama pada daftar susunan
berkala [11]. Dengan kata lain semakin
tinggi konsentrasi ion koeksistensi terdapat
di larutan akan menyebabkan rendahnya
nilai Kd stronsium atau menyebabkan
migrasi radiostronsium di larutan menjadi
meningkat.
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN
ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
209
Hasil diatas memperlihatkan bahwa
pada pertukaran ion Sr dengan ion-ion
koeksistensi yang diteliti (K
+
, Na
+
, Ca
2+
,
Mg
2+
) mengikuti urutan Hofmeister, dimana
suatu ion yang mempunyai radius ionik
lebih kecil berkecenderungan untuk meng
gantikan ion-ion yang mempunyai radius
ionik yang lebih besar [12,13,14]. Dengan
mengikuti aturan seperti di atas maka
selektivitas
sorpsi
ion
logam
oleh
tanah/lempung akan menurun mengikuti
urutan Cs > K > Na > Li untuk ion-ion
monovalen dan urutan Ba > Sr > Ca > Mg
untuk ion-ion yang berstatus divalent ketika
ion logam tersebut berinteraksi dengan
tanah/lempung.
Data
tersebut
telah
mengindikasikan bahwa kecenderungan ini
akan berlaku hanya untuk ion-ion logam
yang mempunyai status oksidasi yang sama
atau segolongan dalam tabel susunan
berkala.
Indonesia kaya akan mineral alami
seperti bentonit yang dapat ditemukan dalam
jumlah yang cukup banyak di Pulau Jawa,
Sumatera, Kalimantan dan Sulawesi [15,16].
Kekayaan ini merupakan asset pokok bagi
persiapan pengadaan fasilitas PA-LRA di
Indonesia,
utamanya
sebagai
bahan
penyangga fasilitas. Sehingga material
alami ini perlu pula kiranya bila di lain
kesempatan
untuk
dapat
dilakukan
penelitian
sejenis
guna
dipelajari
kemampuan
menghambat
sebaran
radioaktif/logam
berat
berbahaya
ke
lingkungan. Hal ini dimaksud sebagai
antisipasi bila nantinya digunakan sebagai
bahan penyangga pada fasilitas PA-LRA di
masa yang akan dating.
Gambar 4. Pengaruh ion koeksistensi di larutan terhadap nilai Kd radiocesium.
Gambar 5. Pengaruh ion koeksistensi di larutan terhadap nilai Kd radiostronsium.
Prosiding Seminar Nasional Teknologi Pengelolaan Limbah VIII
Pusat Teknologi Limbah Radioaktif-BATAN
ISSN 1410-6086
Pusat Penelitian Ilmu Pengetahuan dan Teknologi-RISTEK
210
KESIMPULAN
Dari kajian diatas dapat diperoleh
gambaran proses perpindahan radionuklida
(cesium dan stronsium) dari larutan ke
bentonit dengan kondisi yang dipengaruhi
keberadaan ion logam koeksistensi di
larutan.
Keberadaan ion logam koeksistensi di
larutan telah memberikan pengaruh terhadap
sorpsi radionuklida ke bentonit dengan
ditandai dengan menurunnya nilai Kd
radionuklida ke bentonit. Untuk sorpsi
radiocesium telah memberikan pengaruh
dengan urutan sebagai K
+
> Ca
2+
> Mg
2+
>
Na
+
,
sedangkan
sorpsi
stronsium
memberikan pengaruh dengan urutan Ca
2+
>
Mg
2+
> K
+
> Na
+
.
Indonesia yang kaya dengan mineral
alami seperti bentonit, perlu untuk diperoleh
data kemampuan bentonit sebagai salah satu
material pendukung (bahan penyangga) pada
fasilitas PA-LRA di masa yang akan datang.
DAFTAR PUSTAKA
1. Managing Radioactive Waste Safely,
Dept. of Environment, Food and Rural
Affair, Dept. of Environment, National
Assembly
for
Wales,
Scottish
Executive, Sept. 2001.
2. N. CHAPMAN and IG. Mc KINLEY,
The Geological Disposal of Nuclear
Waste
, John Wiley & Sons, Chichester
(1985)
3. DG. BROOKIN, Geochem. Aspect of
Radioactive Waste Disposal
, Springer-
Verlag, N.Y (1984).
4.
AG., HOWARD, Aquatic Envi
ronmental Chemistry
, Oxford Sci.
Publs, NY (1998).
5. HN., ERTEN, et.al., Sorption of Cesium
and Strontium on Montmorillonite and
Kaolinite, Radiochim. Acta 44/45,147
(1988).
6. WJ., WEBER, Physicochem. Process
for Water Quality Control
, Willey-
Interscie., NY (1972).
7. JS., MATTSON and HB., MARK,
Activated Carbon: Surface Chem. &
Adsorption From Solution
, Mercel-
Dekker Inc., NY. (1971).
8. BM., VAN VLIET and WJ., WEBER,
Comparative Perform ance of Synthetic
Adsorbents and Activated Charcoal for
Specific Compound Removal From
Waste Water, J. Water Poll. Control
Fed
53, 1585 (1981).
9. MN., SABODINA et.al., Sorpti on
Properties of Bentonite Clays Toward
Several Radionuclides, Herald of Dept.
of The Earth Scie., RAS (2004).
10. S., STAUNTON, M., ROU BAUD,
Adsorption
137
Cs on Montmorillonite
and Illite, Clay & Clay Minerals 45
No.2, 251-260 (1997).
11. J., BELL and TH., BATES, Distr.
Coeff. of Radionuclides between Soils
and
Groundwaters
and
Their
Dependence
on
Various
Test
Parameters, Sci. Total Env., 69, 297-317
(1988).
12. DL., DOLCATES, et.al., Cation Exch.
Selectivity
of
Some
Clay
Sized
Minerals and Soil Materials, Soil Sci.
Soc. Am. Proc.,
32, 795-798 (1968).
13. PJ., SULLIVAN, The Principle of Hard
and Soft Acids and Bases as Applied to
Exchange able Cation Selectivity in
Soils, Soil Sci., 124, 117 (1977).
14. W., STUMM and J., MORGAN,
Aquatic Chemistry
, Wiley, NY (1996).
15. A., RIYANTO, Bahan Galian Industri
Bentonit
, PPTM, Bandung (1994).
16. M., SIMATUPANG dan S. SIGIT.
Pengantar Pertambang an Indonesia
,
Asosiasi Pertam bangan Indonesia,
Jakarta (1992).
Dostları ilə paylaş: |