Resin poliester tak jenuh untuk imobilisasi resin bekas pengolah simulasi limbah radiatoraktif cairo

Gratis

1
26
69
2 years ago
Preview
Full text

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Ilmu pengetahuan dan teknologi (iptek) terus dikembangkan dan dimanfaatkan

  Limbah radioaktif umumnya ditimbulkan dari kegiatan pengoperasian reaktor riset, pemanfaatan sumber radiasi, dan bahan radioaktif dalam bidang industri,pertanian, kedokteran dan penelitian serta dari berbagai proses indusrti yang menggunakan bahan yang mengandung radionuklida alam (Naturally Occurring Radioactive Material , NORM). Untuk negara yang tidak melakukan proses olah ulang ( daur bahan bakar nuklir terbuka ), bahan bakar nukliryang dikeluarkan dari reaktor disimpan dalam kolam ( penyimpanan basah ) atau penyimpanan secara kering ( dengan udara pendingin ) selama 40-60 tahun.

3 Try Butyl Phospate-odekan ). Paa ekstraksi siklus I, proses olah ulang ditimbulkan limbah cair aktivitas tinggi, dan pada siklus II di timbulkan limbah cair transuranium

Limbah padat yang timbul dari dismantling reaktor jenis aktivitasnya beragam, dari aktivitas rendah ke tinggi.

I. 2. Perumusan Masalah

  Oleh karena itu, radionuklida dalam LCTRUdiikat resin, dan selanjutnya resin bekas diimobilisasi dengan polimer. Pada uji lindih digunakan alat soxhlet dan air bebas mineral pada 100 C, 1 atm untuk mempercepat proses.

3. Menentukan kualitas blok polimer limbah atau pengaruh kandungan limbah terhadap densitas, kuat tekan, laju lindih polimer limbah

1.5. Manfaat Penelitian

Hasil penelitian ini diharapkan untuk dapat diterapkan dalam pengolahan rutin limbah cair transuranium dari bahan bakar pasca iradiasi di Instalasi Radiometalurgi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Limbah Radioaktif

  limbah radioaktif adalah zat radioaktif dan atau bahan serta peralatan yang telah terkena zat radioaktif atau menjadi radioaktif karena pengoperasian instalasinuklir atau instalasi yang memanfaatkan radiasi pengion yang tidak dapat digunakan lagi. Berdasarkan pasal ini, pemerintah membuka pintu lebar-lebar pengelolaan limbah radioaktif yang amanuntuk generasi saat ini maupungenerasi yang akan datang.

2.1.1. Sumber Limbah Radioaktif

  Reaktor daya nuklir, dan berbagai kegiatan yang menunjang untuk beroperasinya reaktor tersebut, yaitu produksi bahan bakar nuklir, penggunaandalam reaktor nuklir, dan pengeluaran serta pengelolaan bahan bakar nuklir bekas. Limbah radioaktif dari pemanfaatan radionuklida dalam industri dan kesehatan, aktivitasnyarendah dan umumnya adalah radionuklida yang berumur paro pendek.

2.1.2. Klasifikasi Limbah Radioaktif

  Berdasarkan atas karakteristiknya dan untuk pengelolaan dalam jangka panjang, maka limbah radioaktif dibagi menjadi 3 golongan, yaitu (Miyasaki et al,1996 dalam Martono, 2007): mengandung radioisotop pemancar beta dan gamma berumur pendek (umur paro kurang dari 30 tahun) dan konsentrasi radionuklida pemancar alfanyasangat rendah atau tidak mengandung radionuklida pemancar alfa sama sekali. Limbah radioaktif dengan aktivitas tingkat rendah dan menengah yang banyak - mengandung radioisotop berumur paro panjang yaitu golongan aktinida sebagai pemancar alfa dan terkontaminasi sedikit radionuklida hasil belah,disebut limbah transuranium.

2.1.3. Pengelolaan Limbah Aktivitas Rendah

  3 Pengelolaan limbah aktivitas rendah (10 Ci/ m < LAR < 10 Ci/m ) di PTLR dilakukan dengan evaporator. Bening setelah dimonitor, maka jika aktivitasnya sudah dibawah yang 3 diperkenankan (< 10 Ci/m ) maka didispersi atau dibuang ke lingkungan.

3 Ci/m . Konsentrat tersebut diimobilisasi dengan semen dalam shell beton 950

  Aktivitas maksimum dalam 1 shell beton adalah 1 Ci/m . Hasil imobilisasi limbah aktivitas rendah disimpan lestari(penyimpanan akhir) pada penyimpanan tanah dangkal ( 10 m dibawah permukaan tanah ).

2.1.4. Penanganan Limbah Aktivitas Tinggi

  Limbah aktivitas tinggi yang ditimbulkan dari siklus I proses olah ulah sebagian besar merupakan hasil belah dan sedikit aktinida. Limbah aktivitastinggi dari proses olah ulang bahan bakar nuklir bekas diimobilisasi dengan gelas borosilikat yang dikenal proses vitrifikasi.

2.2. Limbah Cair Transuranium

  Setelah 5 tahun limbah tersebut menjadi limbah aktivitas rendah yang dapat diimobilisasi dengan semen di Instalasi Pengolahan Limbah Radioaktif(IPLR). Hasil ekstraksi adalah LCAT II dan LCAT IHasil belah + TRU LCAT II LCTRUHasil belah TRU, U terkontaminasi TRU, terkontaminasi hasil U belahVitrifikasi Imobilisasi dengan Penambahan bahan polimer pembentuk gelas danpeleburan pada 1150 C Gelas - limbah Polimer mengandung limbah TRUKarakterisasi karakterisasi Gambar 2.

2.3. Teknologi Pengolahan Limbah Pengolahan limbah radioaktif meliputi 2 tahap, yaitu 1. reduksi volume 2

  Bertitik tolak dari sifat radionuklida yang sangat membahayakan ini, maka resin bekas dan limbah yang lain dilakukan pengungkungan (imobilisasi) dengan bahan matrikstertentu, sehingga terjadi matriks limbah yang berbentuk padat. Jikakonsentrasi ion A di dalam larutan lebih tinggi dari pada konsentrasi ion A dalam resin, maka akan terjadi difusi ion A dari larutan ke resin, dan dari resin akandilepaskan ion yang dipertukarkan ke larutan.

2.5. Pemilihan Bahan Untuk Imobilisasi Limbah Radioaktif

  Bahan matriks untuk imobilisasi limbah radioaktif cair dipilih yang dapat membentuk campuran yang homogen dan tidak membentuk fase pemisah. Ada beberapa aspek penting yang perlu diperhatikan dalam pemilihan bahanmatriks untuk imobilissi limbah, yaitu : 1.

2. Kandungan limbah (waste loading)

  Makin tinggi aktivitaslimbah maka suhu yang ditimbulkan juga semakin tinggi, pada gelas dan polimer.kestabilan terhadap panas adalah terjadinya kristalisasi dalam gelas dan polimer. Jadi semen tidak dapat digunakan untuk limbah cair aktivitas tinggi dan limbah cairTRU yang perlu pengelolaan yang lebih lama.

2.10. Poliester Tak Jenuh

  Karena asam tak jenuhdigunakan dengan berbagai cara sebagai bagian dari asam dibasa, yang menyebabkan terdapatnya ikatan tak jenuh dalam rantai utama dari polimer yang dihasilkan, makadisebut poliester tak jenuh. Bila dimasukkan dalam air mendidih untuk waktu yang lma (300 jam), bahan akan pecah dan retak-retak.

2.10.1. Reaksi Polimerisasi

  Penggolongan ini pertama kali digunakan olehCarothers [Steven,2001], yang didasarkan pada adanya unit ulang dari suatu polimer mengandung atom-atom yang sama seperti monomer. Polimer adisi memiliki atom-atom yang sama seperti monomer dalam unit ulangnya, sedangkan polimer kondensasi memiliki atom-atom yang lebih sedikit karena terbentuknya produksampingan selama berlangsungnya polimerisasi.

2 H

  2 )n,Cl 4 rantai polietilen (C 2 H 4 ) bergabung menjadi satu ’ n HO – R – OH + n HOOC – R – COOH → ’ H -[ O – R – OOC – R – CO] – OH + [2n - 1] H O n 2 (dapat dibuktikan sendiri bahwa dari 5 molekul asam berbasa 2 dan 5 diol, akan 1 terbentuk 5 kesatuan berulang –O-R - OOC-R-CO- dan dilepaskan molekul air)Katalis digunakan pada polimerisasi rantai ionik yang menghasilkan makroion (bukan makroradikal).[Feldman, Dorel. Curing juga dapat terjadi karenaperubahan kimia, terjadinya reaksi antara molekul-molekul yang relatif kecil dengan fase cair atau pasta membentuk jaringan molekul yang lebih besar, padat, dan tidakmudah larut.

2.11. Imobilisasi Limbah Cair Trans-Uranium dengan Polimer

  Imobilisasi yang disebut juga solidifikasi merupakan proses mencampur limbah radioaktif (penukaran ion organik maupun anorganik bekas, konsentratevaporator, abu insenerator, dan lain-lain) kedalam matrial matriks, sehingga menjadi bentuk padat yang sukar larut jika hasil imobilisasi tersebut kontak dengan air pada Matriks yang biasa digunakan untuk imobilisasi penukar ion bekas adalah semen, bitumen dan beberapa jenis polimer. Oleh karena yang terikat dalam polimeradalah radionuklida berumur panjang dan resin penukar ion merupakan senyawa organik, maka digunakan matriks polimer untuk imobilisasinya.

2.12. Imobilisasi menggunakan polimer

  Perbedaan tipe polimer yang digunakan danmasih diperlukan riset lanjutan untuk menekan harga yang saat ini kurang efektif, proses yang lebih sederhana, dan kualitas produk yang lebih baik. Hal ini biasa ditambahkan dalam bentuk padat dan dipanaskan kemudian dikombinasikan dengan limbah.

2.13. Parameter Pengujian

2.13.1. Penentuan Densitas

  Densitas merupakan salah satu parameter blok polimer limbah yang dibutuhkan untuk memprediksikan keselamatan transportasi, penyimpanan sementara(interm storage), dan penyimpanan lestari. Persentase kandungan limbah besar, persentase polimer kecil, sehingga densitas polimer besar.

3 Dimana : )

  Penentuan Kuat Tekan Kuat tekan adalah gaya maksimum yang dibutuhkan untuk menghancurkan benda uji dibagi dengan luas permukaan yang mendapat tekanan. Yang bersifat rapuh, maka polimer- limbah yang terjadi menjadi rapuh dan kuat tekannya menurun.

2 A = luas penampang ( cm )

  Penentuan Laju Lindih Laju pelindihan merupakan salah satu karakteristik blok polimer limbah yang penting untuk mengevaluasi hasil imobilisasi, karena tujuan akhir imobilisasi limbahadalah memperkecil potensi terlepasnya radionuklida yang ada dalam polimer limbah itu ke lingkungan. Dalam hal ini dapat diasumsikan sebagai korosi, yaitu lepasnyaunsur kerangka polimer sedangkan laju pelindihannya sendiri, yaitu lepasnya sejumlah unsur limbah dari blok polimer limbah.

2 A = luas permukaan ( cm )

  Analisis laju pelindihan dengan alat Atomic Absorption Spectrometry (AAS) AAS merupakan salah satu cara analisis yang digunakan untuk menentukan unsur-unsur atau logam-logam contoh. Cara analisis spektrofotometer serapan atom, baik dengan nyala maupun yang tanpa nyala mampu menentukan hampir semua unsur logam secara kuantitatif dengankemampuan mulai dari konsentrasi besar maupun konsentrasi kecil (KLH-JICA, 2005).

2.14.1 Prinsip Dasar Analisis AAS

  Dengan mengukur jumlah energi cahayayang diserap dapat ditentukan jumlah atau konsentrasi atom elemen yang diuji dalam contoh ( Suryana, 2001) Hubungan antara serapan yang dialami oleh sinar dengan konsentrasi analit dalam larutan standar bisa dipakai untuk menganalisi arutan sampel yangtidak diketahui yaitu dengan mengukur serapan yang diakibatkan oleh larutan sampel tersebut terhadap sinar yang sama ( KLH – JICA, 2005). Hubungan antara konsentrasi atom logam dengan pengukuran cahaya yang diabsorbsi ditunjukkan dengan persamaan Lambert – Beer yang berbunyi : “ Bla sebuah media dilewati cahaya yang transparan, maka cahaya akan diserap oleh media tersebut dimana nilai absorbannya sebanding dengantebal dan kepekatan dari media “ .

2.14.3. Komponen-komponen AAS

  1) Sumber Radiasi (lampu katode)Sumber radiasi yang banyak digunakan adalah lampu katoda berongga, tabung yang bermuatan gas sumber radiasi yang baik adalah sumber radiasiyang memenuhi syarat-syarat sebagai berikut : Memancarkan intensitas sinar dengan pita radiasi yang sempit a) b) Tidak mengabsorbsi sendiriTidak ada background yang kontinyu c) Gambar sumber radiasi (lampu katode) ditunjukan pada Gambar 6. Nebulizer,burner &spray chamber (Christian,Gary D & James, E Oreilly, 1986) 3) MonokromatorMonokromator mempunyai fungsi mengisolasi sinar yang diperlukan ( λ tertentu) dari sinar yang dihasilkan oleh lampu katoda, jadi bila ada beberapapanjang gelombang cahaya maka akan dilewatkan ke detektor yang hanya cahaya tertentu saja sedangkan yang lain diserap atau ditiadakan.

BAB II I METODOLOGI PENELITIAN

  3.1. Tempat dan Waktu Pelaksanaan Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Pengolahan Limbah Radioaktif PusatTeknologi Limbah Radioaktif BATAN PUSPIPTEK Serpong, pada bulan September 2007 sampai dengan Maret 2008 kemudian diteruskan dengan analisis Cs terlindih diLabolatorium terpadu UIN Jakarta November 2008.

3.2.1. Bahan

  Bahan- bahan yang digunakan adalah Resin Amberlite IR 120 Na yang merupakan resin penukar ion dari Rohm and Haas France S. JustusKimia Raya, cesium klorida ( CsCl ) dari Univar,cerium oksida ( CeO 2 ) dari Sigma Chemical Co., glisin (H 2 NCH 2 COOH) dari Merck, natrium hidroksida( NaOH ) dari Merck, air bebas mineral.

3.2.2. Alat

  Alat- alat yang digunakan dalam penelitian ini antar lain : Paul weber untuk uji kuat tekan, soxhlet untuk uji lindih, pH meter, Atomic Absorption Spectrometry (AAS ) dari Perkin Elmer dengan tipe A. analyst 700, blok cetakan polimer dengan diameter 0.65 cm dan tinggi 0,65 cm, neraca analitik.

3.3 Metode Kerja

  Sebagai perbandingan dibuat pula limbah cair simulasi dari campuran CsCl dan CeO 2 dengan proses yang sama dengan limbah simulasi dari larutan CsCl murni. Limbah cair simulasi yang terbentuk dicampurkan dengan absorber dalam berbagai rasio berat limbah 0, 10, 20, 30, 40, dan 50 %.

3.4. Metode Karakterisasi dan Analisis 1. . Pengujian Densitas

Pada pengujian densitas alat yang digunakan adalah jangka sorong, dengan mengukur tinggi dan diameter sampel, serta menimbang blok polimer limbah yangtelah berulang-ulang dimasukkan ke dalam oven dan desikator hingga diperoleh berat konstan.

3.4.2 Pengujian Kuat Tekan

  pengujian laju lindih Pengujian laju lindih digunakan alat soxhlet yang telah diatur suhu dan o tekanannya, yaitu pada suhu 100 C dan 1 atm. Uji ini dilakukan selama 6 jam, dengan mulai hitungan pada saat tetesan pertama mengenai blok polimer.

3.4.4. Pengujian pengaruh pH terhadap laju pelindihan

  Untuk pH yang bersifat asamseperti pada pH 2 dan pH 5 digunakan glisin, sedangkan untuk yang bersifat basa digunakan pelarut NaOH. Dibuat deratstandar Cs 0, 1, 3, dan 6 ppm dengan melarutkan masing-masing 0 ; 0,5 ; 1,5 ; dan 3 ml larutan standar Cs 100 ppm dengan aquades dlam labu ukur 50 ml.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Hasil Imobilisasi Limbah Dengan Polimer

  Dalam penelitian ini reaksi polimerisasi yang dilakukan dengan proses curing yang bersifat eksotermis, karena proses dapat dilakukan dengan peralatan yangsederhana dan biaya yang murah. Pengamatan secara visual hasil imobilisasi limbah simulasi dengan polimer menunjukkan bahwa semakin tinggi kandungan limbah maka warna blok polimer –limbah hasil imobilisasi lebih kecoklatan, Sedangkan untuk polimer tanpa limbah tampak berwarna jernih.

4.2. Pengaruh Kandungan Limbah Terhadap Densitas polimer

  Dari gambar grafik pengaruh kandungan limbah simulasi ( Cs ) terhadap 3 densitas, nilai densitas pada kandungan limbah awal 0 % adalah 0,8747 g/cm dan berturut-turut pada kandungan limbah 10, 20, 30, 40, dan 50 % adalah 0.9627, 0.9977, 3 1.0141, 1.0242, dan 1.1296 g/cm . Pada Gambar 9, grafik pengaruh kandungan limbah simulasi ( Cs + Ce ) terhadap densitas, nilai densitas pada kandungan limbah awal 0 % adalah 0,8747 3 g/cm , nilai ini sama dengan nilai pada blok polimer ( Cs ) karena pada kandungan limbah 0 % belum dicampurkan dengan limbah simulasinya.

4.3. Pengaruh Kandungan Limbah Terhadap Kuat Tekan Polimer Limbah

Selanjutnya hubungan kandungan limbah (waste loading) terhadap kuat tekan polimer untuk limbah simulasi (Cs) ditunjukkan pada Gambar 12, sedangkanhubungan kandungan limbah terhadap kuat tekan untuk limbah simulasi (Cs+Ce) ditunjukan pada Gambar 11. 16 142) /cm

12 N

k ( 10ekan

8 T

  Grafik pengaruh kandungan limbah simulasi (Cs+Ce) terhadap kuat tekanPada grafik pengaruh kandungan limbah simulasi ( Cs + Ce ) terhadap kuat tekan (Gambar 11), dapat dilhat nilai kuat tekan pada kandungan limbah 0 % nilainya 2 sama dengan pada pengaruh kandungan limbah simulasi ( Cs ) yaitu 7.5188 kN/cm . pada kandungan limbah 0 % nilai kuat tekannya juga lebih kecil jika dibanding pada kandungan limbah 10 % halini sama halnya dengan yang terjadi pada limbah simulasi ( Cs ) hal ini kemungkinan juga disebabkan oleh selongsong blok polimer yang agak renggang sehingga menjadirapuh.

4.4. Analisis kandungan limbah terhadap laju pelindihan limbah simulasi dalam polimer dengan menggunakan AAS (atomic absorption spectrometry)

  Laju pelindihan pada kandungan limbah simulasi ( Cs ) lebih besar jika dibandingkan dengan laju pelindihan pada kandungan limbah simulasi ( Cs + Ce ), halini dikarenakan ada unsur selain unsur Cs yang terdapat pada Gambar 13, yaitu unsurCe. Kandungan Cs dalam polimer pada Gambar 13 lebih besar jika dibandingkanGambar 12, sehingga perbedaan konsentrasi dalam polimer dan dalam air pelindih lebih besar.

4.5. Pengaruh pH terhadap laju pelindihan Cs dalam polimer limbah dengan kandungan limbah 20 %

Pengaruh pH terhadap laju pelindihan Cs dalam polimer limbah dengan kandungan limbah 20 % dapat dilihat pada Gambar 14 dan kandungan limbahsimulasi (Cs + Ce) 20 % pada Gambar 15. Grafik pengaruh kandungan limbah simulasi (Cs)20% dengan menggunakan AAs 0.25 0.2ri) a .h 2 m /c 0.15g ( n a ih d 0.1lin e p ju a

0.05 L

  Pada gambar di atas pada pH 2 laju pelindihannya sangat tinggi dan menjadi turun pada pH 5 dankonstan pada pH 7 karena bersifat netral, kemudian pada pH 9 terjadi penurunan walaupun hanya sedikit, akan tetapi pada pH 12 mengalami kenaikan tetapi lajupelindihannya tidak sebesar laju pelindihan pada pH 5. Di daerah asam laju pelindihannya Pada pengujian pH terhadap laju pelindihan dengan menggunakan instrumentAAS, blok polimer yang digunakan adalah blok polimer dengan kandungan limbah 20% bukan pada kandungan limbah 30 %.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  Berdasarkan pertimbangan densitas, kuat tekan, dan laju pelindihan, pengaruh pelindihan terhadap pH maka dapat disimpulkan bahwa hasil terbaik diperoleh untukblok polimer dengan kandungan limbah Cs + Ce dan Cs pada kandungan limbah 20 % dan 30 %. Saran Pada penelitian dengan metode ini dapat diperoleh komposisi polimer-limbah yang terbaik, dan dapat digunakan untuk proses berikutnya.

DAFTAR PUSTAKA

  Radiasi dan Radioisotop Prinsi dan Penggunaannya dalam Biologi, Kedokteran dan Pertanian . Bagan Cara Kerja Pembuatan limbah simulasiDicampur dengan resin penukar ion Jenuh Resin dikeringkan Dalam oven pada 110ºC Dicampur dengan polimer dengan variasi waste loadingDimasukkan dalam blok cetakan PengujianLaju Pelindihan Densitas Kuat Tekan Ditimbang sampai berat konstan Analisis air pelindih dengan SSARasio optimum ditentukan Lampiran 3.

2 Volume tabung : V = x t

  π x r= 3.14 x 0.65 cm x 0.65 cm x 1.3 cm 3 = 1.7262 cm Lampiran 5. Tabel kuat tekan limbah simulasiKandungan 9 6.7669Dimana A = 2 (g/cm (gram)W t (gram) Laju pelindihan Kandungan limbah (%)W 2 Lampiran 6.

3 Lampiran 8. Data laju pelindihan pada kandungan limbah simulasi Cs dengan

  Data Laju pelindihan pada kandungan limbah simulasi (Cs+Ce) dengan alat AAS ( Atomic Absorption Spectrometry ) Cs yangKandungan limbah terlindih (%) (mg/l) laju pelindihan (g/cm² hari) 10 135,6 0.040320 221.4 0.0659 30 551,4 0.164140 675,8 0.2011 50 885,4 0.2635 Lampiran 10. Data pengaruh kandungan limbah simulasi ( Cs ) Terhadap pH Cs yang PH Laju Pelindihan (g/cm² hari) terlindih (mg/l) 2 132,2 0.1967 5 103,3 0.15379 49,6 0.0900 12 86,8 0.1291 Lampiran 11.

Dokumen baru

Download (69 Halaman)
Gratis