## Urania

## Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir
Beranda jurnal: http://jurnal.batan.go.id/index.php/urania/

## EFEKTIVITAS DESORPSI CESIUM OLEH SURFAKTAN KATIONIK BERDASARKAN STRUKTUR HIDROFILIKNYA PADA MONTMORILLONIT K10
Herry Wijayanto 1 , Satoru Nakashima 2
1 Program Studi Kimia, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Negeri Surabaya, Kampus Unesa Ketintang, Surabaya 60231, Indonesia
2 Natural Science Center for Basic Research and Development, Hiroshima University, 1-4-2 Kagamiyama, Higashi-Hiroshima 739-8526, Japan e-mail: herrywijayanto70@gmail.com; herrywijayanto@unesa.ac.id
(Naskah diterima: 10 –02–2023, Naskah direvisi: 06–03–2023, Naskah disetujui: 07–04–2023)

## ABSTRAK
EFEKTIVITAS  DESORPSI  CESIUM  OLEH  SURFAKTAN  KATIONIK  BERDASARKAN STRUKTUR HIDROFILIKNYA PADA MONTMORILLONIT K10. Penelitian ini membahas tentang efisiensi  desorpsi  cesium  (Cs)  dari  sampel  montmorillonit  K10  (MMTK10)  yang  telah dikontaminasi  oleh  Cs  sebelumnya  (MMTK10/Cs)  menggunakan  desorben  surfaktan  kationik benzyldodecyldimethylammonium  bromida  (BDAB)  dan  dodecyltrimethylammonium  bromida (DTAB), serta HCl sebagai kontrol desorben.  Penelitian ini bertujuan  untuk mengeksplorasi efek dari perbedaan struktur hidrofilik surfaktan kationik pada desorpsi Cs dari MMTK10, dimana BDAB memiliki struktur hidrofilik yang lebih besar dibanding DTAB. Hasil menunjukkan bahwa surfaktan kationik, terutama pada konsentrasi tinggi 20-50 mM, memiliki efisiensi desorpsi yang lebih tinggi dibandingkan  HCl,  dengan  efisiensi  mencapai  80-90%.  Mekanisme  ini  dikaitkan  dengan kemampuan  surfaktan  kationik  untuk  membentuk  misel  ketika  konsentrasinya  melebihi  nilai konsentrasi  kritis  misel  (KKM)  atau  pada  konsentrasi  tinggi,  yang  memfasilitasi  pertukaran  ion dengan Cs pada permukaan MMTK10/Cs. Tidak ada perbedaan signifikan dari efisiensi desorpsi Cs antara BDAB dan DTAB, meskipun struktur hidrofilik BDAB lebih besar. Hal ini berbeda dengan penelitian  sebelumnya  pada  montmorillonit  lainnya  dimana  semakin  besar  struktur  hidrofilik surfaktan  yang  digunakan,  semakin  besar  interlayer  montmorillonit  terbuka  akibat  masuknya surfaktan  besar  itu  pada  interlayer  sehingga  mendorong  desorpsi  Cs  dengan  jumlah  yang  lebih besar.  Tidak  adanya  perbedaan  efisiensi  desorpsi  Cs  dari  kedua  surfaktan  pada  penelitian  ini disebabkan  karena  struktur  clay  MMTK10  itu  sendiri  yang  tidak  memiliki  kemampuan pengembangan  atau  pembesaran  interlayer,  akibat  perlakuan  suhu  saat  produksinya  sebelum dijual  kepasaran.  Selain  itu,  kesamaan  panjang  rantai  ekor  hidrofobik  antara  BDAB  dan  DTAB berkontribusi pada kesamaan hasil desorpsi Cs dari kedua surfaktan tersebut. Kesimpulannya, sifat dan struktur surfaktan kationik mempengaruhi proses desorpsi Cs, tetapi karakteristik spesifik dari montmorillonit atau clay yang digunakan juga berperan penting dalam mekanisme desorpsi ini.
Kata kunci : Desorpsi Cs, surfaktan kationik, interlayer montmorillonit.
Urania : Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir (Vol. 29 No. 1 Tahun 2023) 53 – 62
Efektivitas Desorpsi Cesium Oleh Surfaktan Kationik Berdasarkan Struktur Hidrofiliknya Pada Montmorillonit K10 (Herry Wijayanto, Satoru Nakashima)
ABSTRACT EFFECTIVENESS  OF  CESIUM  DESORPTION  BY  CATIONIC  SURFACTANT  BASED  ON  ITS HYDROPHILIC STRUCTURE ON MONTMORILLONITE K10. This study discusses the efficiency of cesium (Cs) desorption from montmorillonite K10 samples (MMTK10) previously contaminated with  Cs  (MMTK10/Cs)  using  cationic  surfactant  desorbents,  benzyldodecyldimethylammonium bromide (BDAB) and dodecyltrimethylammonium bromide (DTAB), as well as HCl as a desorption control. The aim of this research is to explore the effects of the different hydrophilic structures of cationic surfactants on Cs desorption from MMTK10, where BDAB has a larger hydrophilic structure compared to DTAB. The results show that cationic surfactants, particularly at high concentrations of  20-50  mM,  exhibit  higher  desorption  efficiency  compared  to  HCl,  with  efficiencies  reaching 80-90%. This mechanism is associated with the ability of cationic surfactants to form micelles when their  concentration  exceeds  the  critical  micelle  concentration  (CMC)  or  at  high  concentrations, which  facilitates  ion  exchange  with  Cs  on  the  surface  of  MMTK10/Cs.  There  is  no  significant difference  in  Cs  desorption  efficiency  between  BDAB  and  DTAB,  even  though  the  hydrophilic structure of BDAB is larger. This contrasts with previous studies on other montmorillonites, where a larger hydrophilic surfactant structure led to greater opening of the montmorillonite interlayer due to the entry of the larger surfactant, resulting in greater Cs desorption. The lack of a difference in Cs  desorption  efficiency  between  the  two  surfactants  in  this  study  is  due  to  the  specific characteristics  of  MMTK10  clay  itself,  which  does  not  have  the  ability  to  expand  or  enlarge  the interlayer due to heat treatment during its production before being sold in the market. Additionally, the similarity in the length of the hydrophobic tail chains between BDAB and DTAB contributes to the  identical  Cs  desorption  results  from  both  surfactants.  In  conclusion,  while  the  nature  and structure of cationic surfactants influence the Cs desorption process, the specific characteristics of the used montmorillonite or clay also play a crucial role in this desorption mechanism .
Keywords: Cs desorption, cationic sufactant, montmorillonite interlayer.
Urania : Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir (Vol. 29 No. 1 Tahun 2023) 53 – 62
Efektivitas Desorpsi Cesium Oleh Surfaktan Kationik Berdasarkan Struktur Hidrofiliknya Pada Montmorillonit K10
(Herry Wijayanto, Satoru Nakashima)

## PENDAHULUAN
Kecelakaan Pembangkit Listrik
Tenaga  Nuklir  (PLTN)  Fukushima  Daiichi  di Perfektur  Fukushima,  Jepang  pada  Maret 2011  merupakan  salah  satu  insiden  nuklir terbesar dan menyebabkan pelepasan radionuklida  dalam jumlah besar ke atmosfer, mencemari  lingkungan  sekitar  PLTN  dalam radius  yang  luas.  Salah  satu  radionuklida yang  menjadi  perhatian  khusus  adalah cesium  radioaktif  ( 137 Cs)  karena  telah mengkontaminasi permukaan tanah di sekitar PLTN dengan radius hingga 50 km [1].
Radionuklida 137 Cs telah dilaporkan terdeposit  pada  permukaan  tanah  sedalam 5 cm karena terikat kuat dengan mineral clay [2].  Selain  itu, 137 Cs  memiliki  waktu  paruh yang  panjang  hingga  30  tahun  sehingga berpotensi  menimpulkan  risiko  kesehatan bagi manusia [3].
Sebagai  respons,  pemerintah  Jepang melakukan tindakan preventif dengan menggali lapisan permukaan tanah sedalam 5 cm dan menyimpannya  di Interim  Storage Facility (ISF)  selama  30  tahun  sebelum akhirnya dipindahkan ke lokasi pembuangan akhir  ( final  disposal )  [4].  Pada  tahun  2020, diperkirakan bahwa tanah terkontaminasi Cs yang  tersimpan  di  ISF  mencapai  sekitar 14 juta m 3 . Jumlah ini akan terus bertambah seiring  dengan  upaya  dekontaminasi  yang dilakukan  di  wilayah  Fukushima.  Semakin bertambahnya jumlah  tanah  yang tersimpan di ISF, semakin tinggi biaya untuk menjalankan  fasilitas  penyimpanan  dan pemantauan ( monitoring )
tanah terkontaminasi [5].
Hingga  saat  ini,  pemerintah  Jepang belum menentukkan cara  untuk mengurangi volume  limbah  tanah  terkontaminasi  yang tersimpan di ISF, kecuali dengan melakukan pemisahan  antara  tanah  dengan  tingkat radioaktivitas  tinggi  (≥8.000  Bq∙kg -1 )  dan rendah  (<8.000  Bq∙kg -1 )  [6].  Kementerian Lingkungan Hidup, Jepang, aktif mempromosikan ide atau melakukan sosialisasi kepada masyarakat bahwa pemerintah  akan  melakukan  metode  daur ulang  ( recycling )  pada  tanah dengan radioaktivitas rendah sebagai upaya pengurangan  volume  limbah  tanah  di  ISF. Daur ulang yang dimaksud misalnya penggunaan kembali tanah tersebut sebagai pondasi  pembangunan  jalan  raya  diseluruh wilayah Jepang [6]. Akan tetapi, ide ini tidak mendapat dukungan oleh para gubernur dari
berbagai  perfektur  [7].  Masyarakat  juga menolak ide daur ulang tersebut [8,9] dengan alasan  tanah  terkontaminasi  menimbulkan potensi  risiko  bagi  kesehatan  masyarakat dan  lingkungan,  termasuk  kontaminasi  air tanah  dan  penyebaran  radioaktivitas  ke makhluk hidup lainnya [10]. Oleh karena itu, strategi pengurangan volume limbah radioaktif  di  ISF  dengan  cara  pengolahan tanah  terkontaminasi  saat  ini  menjadi  topik perhatian [4,11]
Telah  dilaporkan  bahwa  ion  Cs + cenderung  teradsorpsi  secara  selektif  pada mineral  clay dengan  struktur  lapisan  2:1 seperti  vermiculit,  illlit,  dan  montmorillonit. Hal Ini terjadi karena mineral tipe 2:1 memiliki kapasitas tukar kation, luas permukaan, dan kapasitas  adsorpsi  yang  tinggi  [12].  Untuk mengatasi tantangan  dekontaminasi Cs dari mineral clay , berbagai upaya telah dilakukan untuk  mendesorp  Cs  dari mineral  clay misalnya menggunakan pemanasan mineral clay pada suhu tinggi [13] dan menggunakan larutan  kimia  sebagai  desorben  seperti hidrogen  peroksida  [14].  Park et  al (2017) melakukan fokus penelitian pada desorpsi Cs dari montmorillonit karena memiliki  kapasitas Cs yang paling tinggi. Mereka menggunakan larutan  polimer  kationik,  polyethyleneimine, sebagai  desorben  dan  berhasil  mendesorp Cs hingga 95% melalui mekanisme pertukaran ion [15]. Desorpsi Cs menggunakan larutan surfaktan kationik oleh peneliti  yang  sama  juga  melalui  mekanisme pertukaran ion dimana Cs yang terikat pada permukaan  negatif mineral  clay akan bertukar  ion  dengan  kation  surfaktan  yang berada pada fasa larutan dari larutan pencuci [16]. Lebih  lanjut tentang  surfaktan  kationik, Wijayanto et  al .  (2022)  meneliti  mekanisme desorpsi Cs dari  montmorillonit yang terkandung  dalam clay bentonit  dengan menggunakan surfaktan kationik yang memiliki perbedaan struktur kepala hidrofilik. Hasilnya  menunjukkan  bahwa  surfaktan dengan  struktur  kepala  hidrofilik  yang  lebih besar  cenderung  memiliki  kemampuan mendesorp Cs yang lebih tinggi dibandingkan dengan surfaktan yang memiliki  struktur  kepala  hidrofilik  yang  lebih kecil, akibat dari  pembesaran interlayer clay tersebut  oleh  surfaktan  berukuran  besar sehingga  mendorong  pelepasan  Cs  [17]. Temuan ini menimbulkan pertanyaan tentang bagaimana struktur hidrofilik surfaktan
Urania : Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir (Vol. 29 No. 1 Tahun 2023) 53 – 62
Efektivitas Desorpsi Cesium Oleh Surfaktan Kationik Berdasarkan Struktur Hidrofiliknya Pada Montmorillonit K10 (Herry Wijayanto, Satoru Nakashima)
kationik mempengaruhi efisiensi desorpsi Cs dari montmorillonit tipe lain yaitu montmorillonit K10 (MMTK10) komersial.
Oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk  mengeksplorasi  lebih  lanjut  efek  dari surfaktan dengan perbedaan struktur hidrofilik  pada  desorpsi  Cs  dari  MMTK10. Surfaktan  kationik    yang  digunakan  adalah benzyldodecyldimethylammonium  bromide (BDAB)  dan  dodecyltrimethylammonium bromide  (DTAB).  Berdasarkan  Gambar  1, struktur  kedua  surfaktan  tersebut  memiliki panjang  ekor  hidrofobik  yang  sama  yaitu terdapat 12 rantai karbon, sedangkan bagian
kepala  hidrofilik  dari  BDAB  memiliki  ukuran yang  lebih  besar  dibanding  DTAB,  karena terdapat  struktur  benzena.  Muatan  positif pada  atom  N  (berwarna  biru)  akan  bertukar ion dengan Cs yang terikat pada permukaan MMTK10. Dengan  memanfaatkan  surfaktan yang  memiliki  perbedaan  struktur  hidrofilik, penelitian  ini  diharapkan  dapat  memperluas wawasan dari penelitian sebelumnya sekaligus  memahami  mekanisme  interaksi yang  terjadi  dan  implikasinya  pada  potensi kebocoran
PLTN
atau kontaminasi radionuklida seperti Cs.
Gambar 1. Struktur surfaktan kationik BDAB dan DTAB.
METODOLOGI a. Alat dan Bahan Montmorillonit K10 (MMTK10)
diperoleh  dari  Sigma-Aldrich  dengan  nilai kapasitas  tukar  kation  (KTK)  sebesar 64,09  meq/100g  [18].  Surfaktan  kationik benzyldodecyldimethylammonium  bromide (BDAB;
384,44 g∙mol -1 )
dan dodecyltrimethylammonium  bromide  (DTAB;
308,34  g∙mol -1 )  didapatkan  dari Wako  Pure Chemical  Industries ,  Ltd.,  Japan.  Nilai konsentrasi kritis misel (KKM) dari BDAB dan DTAB  berturut-turut  adalah  6,3  mM  dan 15,2 mM [17].
Asam  klorida  (HCl;  36,46  g ∙mol -1 )  dari Wako  digunakan  sebagai  desorben  kontrol bagi BDAB dan DTAB. Cesium klorida (CsCl; 168,36  g ∙mol -1 )  juga  didapatkan  dari  Wako sebagai  kontaminan,  dicampurkan  dengan cesium  radioaktif  ( 137 Cs;  Eckert  &  Ziegler) sebagai radiotracer .  Pencampuran  Cs  dan 137 Cs menggunakan perbandingan
konsentrasi  sebanyak  0,001  mmol/1  Bq (CsCl/ 137 Cs).
Konsentrasi 137 Cs yang telah teradsorp oleh MMTK10 dianalisa menggunakan High- Purity Germanium detector (HPGe, GEM 30- 70,  ORTEC).  Untuk  mengukur  konsentrasi 137 Cs  dalam  sampel  larutan,  digunakan sebuah  alat Gamma  counter  (Auto  Well Gammma  System ,  ARC-380  CL,  Aloka, Tokyo, Japan).
Untuk  karakterisasi  sampel  MMTK10, digunakan Powder  X-ray  Diffraction (PXRD) dari  Rigaku  Thermo  Plus  (XRD-DSC  II, Tokyo, Japan) dengan menggunakan radiasi Cu- Kα  dan  panjang  gelombang  0,154  nm, serta pada 40 kV dan 40 mA. Pengukuran 2θ dilakukan  pada  3-50°  dengan  kecepatan scanning 4°  min -1 dan step  size pada  0,02°. Fourier  Transform  Infrared  Spectroscopy (FTIR)  digunakan  untuk  mengidentifikasi gugus fungsional sampel melalui pengukuran pada bilangan gelombang 400-4000 cm -1 .
Urania : Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir (Vol. 29 No. 1 Tahun 2023) 53 – 62
Efektivitas Desorpsi Cesium Oleh Surfaktan Kationik Berdasarkan Struktur Hidrofiliknya Pada Montmorillonit K10
(Herry Wijayanto, Satoru Nakashima)
b.  Preparasi Adsorpsi Cesium pada MMTK10 (MMTK10/Cs)
Adsorpsi  Cs  pada  MMTK10  bertujuan untuk  mensimulasikan  adanya  kontaminasi MMTK10  dengan  Cs.  Sejumlah  MMTK10 dimasukkan  kedalam  larutan  Cs  100  mM dengan  rasio  1:10  (g/ml), kemudian  dikocok selama 24 jam pada suhu 25 °C menggunakan horizontal shaker. Setelah itu, larutan  disentrifugasi  untuk  memisahkan padatan MMTK10 dan larutan kontaminan Cs. Padatan MMTK10 kemudian dicuci berulangkali  menggunakan  aquades  untuk menghilangkan  Cs  yang  tidak  teradsorp secara sempurna pada MMTK10.
Apabila tidak ada lagi Cs yang terlepas dari MMTK10 pada proses pencucian, maka 137 Cs  tidak  terdeteksi  pada  larutan  pencuci dengan  pengukuran Gamma  counter  Auto
Well  Gamma  System. Padatan  kemudian dikeringkan  menggunakan  oven  pada  suhu 80 o C  selama  24  jam.  Sampel kering  diukur menggunakan  detektor  HPGe (solid-based measurement) untuk  mengetahui  jumlah  Cs yang teradsorp (MMTK10/Cs).
Jumlah  Cs  yang  teradsorp  pada MMTK10/Cs dihitung menggunakan persamaan (1) sebagai berikut [17]. 𝐾𝑅 = 𝐶𝑃𝑆 𝐸 ×  𝐼𝛾 × 𝑚 (1)
dimana KR adalah konsentrasi radioaktivitas (Bq·g -1 )  dari 137 Cs  pada  MMTK10/Cs, CPS adalah  net  counts  per  second  ( CPS = CPS sample – CPS background ), E adalah  efisiensi penghitungan detektor HPGe hasil kalibrasi,
Iγ adalah laju emisi sinar gamma yang dipilih, dan m adalah  massa  sampel  (g).  Estimasi jumlah  Cs  yang  terikat  ke  dalam  sampel MMTK10/Cs dilanjutkan menggunakan perhitungan  pada  persamaan  (2)  dengan mempertimbangkan rasio konsentrasi CsCl/ 137 Cs [19].
𝐶 𝑎𝑤𝑎𝑙 = 𝐾𝑅 × 𝑟 (2)
d imana C awal adalah  jumlah  awal  Cs  dalam MMTK10/Cs (mmol·g -1 ), KR
adalah konsentrasi radioaktivitas 137 Cs yang diperoleh  dari  persamaan  (1)  dan r adalah rasio  konsentrasi  CsCl/ 137 Cs.  Sampel  ini akan  digunakan  selanjutnya  pada  tahap desorpsi.
Pada  eksperimen  terpisah,  dilakukan percobaan  adsorpsi isoterm Langmuir untuk mengetahui  karakteristik  adsorpsi  Cs  dan mengestimasi  kapasitas  adsorpsi  MMTK10 terhadap Cs. Tahap adsorpsi yang digunakan  sama  seperti  tahap  sebelumnya, akan  tetapi  menggunakan  konsentrasi  Cs pada rentang 3-100 mM. Lebih lanjut, untuk mengetahui  jumlah  Cs  yang  teradsorp  pada padatan MMTK10, dilakukan pengukuran Cs sisa  yang  tidak  ikut  teradsorp,  yang  berada pada sampel larutan (solution-based measurement) . Pengukuran tersebut dilakukan setelah tahap pengkocokan selesai menggunakan  alat Gamma  counter  Auto Well Gamma System. Data isoterm Langmuir selanjutnya diplotkan menggunakan persamaan (3) sebagai berikut.
𝑞 𝑒 = 𝑞 𝑚𝑎𝑥 𝐾 𝐿 𝐶 𝑒 (1 + 𝐾 𝐿 𝐶 𝑒 ) (3)
dimana q e adalah  jumlah  Cs  yang  teradsorp pada  sampel  padatan  (mmol·g -1 ), C e adalah konsentrasi  Cs  ekuilibrium  pada  sampel larutan  (mmol·ml -1 ), q max adalah  kapasitas adsorpsi  maksimum  (mmol·g -1 ),  dan K L adalah  konstanta  Langmuir  (ml·mmol -1 ). Penggunaan  persaman  (3)  pada  grafik q e versus C e dengan  rentang  konsentrasi  Cs sebesar  3-100  mM  akan  diperoleh  plot persamaan nonlinear Langmuir.

## c.  Desorpsi Cs dari Sampel MMTK10/Cs
Padatan kering MMTK10/Cs dari tahap sebelumnya  diicampurkan  dengan  larutan BDAB, DTAB, dan HCl konsentrasi 1-50 mM dengan rasio 1:10 (g/ml). Campuran dikocok 24 jam dengan vortex mixer pada suhu 25 °C.
Kemudian,  dilanjutkan  sentrifugasi  dan pengeringan menggunakan oven suhu 80 °C selama 24 jam.
Perhitungan  jumlah  Cs  yang  terdesorp (ED%) menggunakan persamaan (4) setelah penganalisaan menggunaan detektor HPGe.
𝐸𝐷 (%) = 𝐶 𝑎𝑤𝑎𝑙 – 𝐶 𝑠𝑖𝑠𝑎 𝐶 𝑎𝑤𝑎𝑙 × 100 (4)
dengan ED (%) adalah efisiensi desorpsi Cs dari  MMTK10/Cs,  C awal adalah  jumlah  Cs awal di pada MMTK10/Cs sebelum desorpsi (mmol·g -1 )  dan  C sisa adalah  jumlah  Cs  yang tersisa  dalam  MMTK10/Cs  setelah  desorpsi (mmol·g -1 ), sehingga diperoleh % desorpsi.
Urania : Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir (Vol. 29 No. 1 Tahun 2023) 53 – 62
Efektivitas Desorpsi Cesium Oleh Surfaktan Kationik Berdasarkan Struktur Hidrofiliknya Pada Montmorillonit K10 (Herry Wijayanto, Satoru Nakashima)

## HASIL DAN PEMBAHASAN
a.  Adsorpsi Cesium pada MMTK10 (MMTK10/Cs)
Spektrum  hasil  pengukuran 137 Cs menggunakan
HPGe
(solid-based measurement) pada padatan MMTK10 yang terkontaminasi oleh larutan Cs 100 mM dapat dilihat  pada  Gambar  2.  Terekam  bahwa terdapat  puncak  pada channel 1320  yang merupakan  energi  dari 137 Cs  yaitu  662  KeV [20]. Berdasarkan perhitungan dari persamaan (1) dan (2), didapatkan jumlah Cs yang terkandung pada MMTK10/Cs sebanyak 0,22 mmol·g -1 .
Gambar 2. Spektrum 137 Cs  pada  padatan MMTK10/Cs terekam pada energi 662 KeV
Kemudian, untuk membandingkan hasil dari solid-based  measurement ,  dilakukan eksperimen  terpisah  secara liquid-based measurement dengan
mencampurkan larutan  Cs  konsentrasi  3-100  mM  dan padatan MMTK10. Grafik persentase jumlah Cs yang teradsorp (kurva merah) dan jumlah Cs yang tidak ikut teradsorp (kurva biru) pada MMTK10 ditampilkan pada Gambar 3. Dapat dilihat  bahwa  ketika  digunakan  konsentrasi Cs  rendah  sebesar  3  mM,  adsorpsi  Cs mencapai  75%  dengan  sisa  Cs  yang  masih berada pada fasa larutan sebesar 0.75 mM. Namun,  apabila  digunakan  konsentrasi  Cs lebih  tinggi  yaitu  100  mM,  presentase adsorpsi Cs pada MMTK10 menurun menjadi 20%,  sehingga  jumlah  Cs  yang  tidak teradsorp sebanyak 80 mM.
Data adsorpsi yang diperoleh kemudian dibuat grafik q e versus C e dan diplotkan pada persamaan nonlinear Langmuir seperti  yang terlihat pada Gambar 4. Dari hasil perhitungan  dan  plotting  data  Gambar  4, didapatkan parameter Langmuir seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1.
Gambar 3. Presentase  jumlah  Cs  yang teradsorp (%) dan jumlah Cs yang tidak teradsorp (mM) pada MMTK10. Tabel 1.  Parameter  adsorpsi  dari  model isoterm Langmuir Parameter Nilai q max (mmol·g -1 ) 0,20 K L (ml·mmol -1 ) 148,88 R 2 0,987
Gambar 4. Adsorpsi  Cs  pada  MMTK10
(MMTK10/Cs)  pada  konsentrasi yang berbeda dan plot persamaan nonlinear Langmuir.
Berdasarkan  perhitungan solid-based measurement dan solution-based measurement ,  didapatkan  kesamaan  angka dari  jumlah  Cs  yang  terkandung  pada MMTK10/Cs yaitu masing-masing
0,22  mmol·g -1 dan  0,20  mmol·g -1 (Tabel  1).
Hal ini menunjukkan bahwa kedua pengukuran  saling  mendukung  satu  sama lain,  sekaligus  menunjukkan  bahwa  nilai tersebut  merupakan  jumlah  maksimum  Cs yang dapat diadsorp oleh MMTK10.
Urania : Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir (Vol. 29 No. 1 Tahun 2023) 53 – 62
Efektivitas Desorpsi Cesium Oleh Surfaktan Kationik Berdasarkan Struktur Hidrofiliknya Pada Montmorillonit K10
(Herry Wijayanto, Satoru Nakashima)

## b.  Desorpsi Cs dari MMTK10/Cs dengan
Surfaktan Kationik dan HCl Efisiensi desorpsi Cs (%) dari MMTK10/Cs  dapat  dilihat  pada  Gambar  5. Hasil desorpsi tersebut menunjukkan bahwa surfaktan  kationik  (BDAB  dan  DTAB) memiliki kemampuan desorpsi Cs yang jauh lebih tinggi dibanding HCl.
Gambar 5.  Desorpsi  Cs  dari  MMTK/10 menggunakan  BDAB,  DTAB, dan HCl pada suhu 25 °C.
Hal ini terjadi karena surfaktan kationik dapat  membentuk  misel  atau  agregasi molekul  ketika  konsentrasinya  melebihi  nilai KKM (atau pada konsentrasi tinggi), berbentuk  bola  dengan  struktur  kepala hidrofilik  berada  diluar  dan  ekor  hidrofobik berada  didalam  bola  misel  (seperti  yang terlihat pada Gambar 6).
Gambar 6. Pembentukkan misel atau agregasi molekul surfaktan kationik  dimana  muatan  kation misel lebih besar dibanding monomernya.
Misel surfaktan pada konsentrasi tinggi akan memiliki muatan kation yang jauh lebih besar, sehingga memiliki kemampuan desorpsi yang lebih besar dibanding HCl (ion H + )  melalui  mekanisme  pertukaran  ion
dengan  Cs  pada  permukaan  MMTK10/Cs [17,21] Khususnya, ini terjadi pada konsentrasi  tinggi  20-50  mM,  dengan efisiensi  desorpsi  Cs  sebesar  80-90% menggunakan  desorben  BDAB  maupun DTAB,  sedangkan  desorpsi  Cs  dengan  HCl pada  konsentrasi  yang  sama  sebesar 30-35%.  Jumlah  Cs  yang  terkandung  pada sampel MMTK10/Cs sebesar 0,22 mmol·g -1 .
c.  Interaksi Perbedaan Struktur Hidrofilik Surfaktan Kationik dengan MMTK10/Cs pada Mekanisme Desorpsi Cs
Gambar  5  menunjukkan  bahwa  tidak ada  perbedaan  signifikan  dari  efisiensi desorpsi  Cs  antara  penggunaan  BDAB (struktur hidrofilik lebih besar) dengan DTAB sebagai  desorben.  Hasil  ini  menunjukkan perbedaan  dengan  hasil  penelitian  dari Wijayanto, et  al (2022)  yang  melakukan desorpsi  Cs  menggunakan  dua  surfaktan yang  sama  dengan  penelitian  ini.  Mereka melakukan  desorpsi  Cs  dari  Na-Bentonit yang mana memiliki kandungan montmorillonit  tinggi.  Akan  tetapi  hasil menunjukkan  bahwa  semakin  besar  kepala hidrofilik surfaktan yang digunakan, semakin tinggi desorpsi Cs yang dihasilkan, disebabkan  struktur  interlayer  dari clay montmorillonit mengembang atau membesar akibat  masuknya  surfaktan  berukuran  besar tersebut  kedalam  interlayer.  Semakin  besar interlayer  montmorillonit  terbuka,  semakin banyak  dan  mudah  Cs  yang  terdesorp. Struktur  interlayer  montmorillonit  membesar ditunjukkan dengan naikknya nilai d (001) pada pengukuran  PXRD  atau  2 θ  dari d (001) bergeser kearah kiri. Dengan kata lain, BDAB menunjukkan  desorpsi  Cs  yang  lebih  tinggi (44%) dibanding menggunakan DTAB (29%) pada penelitian tersebut [17] . Pada  penelitian  ini,  tidak  terjadi pengembangan  atau  pembesaran  interlayer dari  MMTK10  (tidak  terjadi  perubahan signifikan  dari  nilai d (001) )  yang  dapat  dilihat pada Gambar 7, sehingga dapat diasumsikan bahwa  desorpsi  Cs  banyak  terjadi  pada permukaan MMTK10/Cs. Terjadinya desorpsi  Cs  dengan  surfaktan  kationik melalui  mekanisme  pertukaran  ion  dapat dibuktikan dengan munculnya gugus fungsional  C-H  asimetrik  dan  simetrik  pada MMTK10/Cs  di  bilangan  gelombang  sekitar 2900  dan  2850  cm -1 ,  setelah  perlakuan menggunakan BDAB dan DTAB seperti yang ditunjukkan pada Gambar 8.
Urania : Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir (Vol. 29 No. 1 Tahun 2023) 53 – 62
Efektivitas Desorpsi Cesium Oleh Surfaktan Kationik
Berdasarkan Struktur Hidrofiliknya Pada Montmorillonit K10 (Herry Wijayanto, Satoru Nakashima)
Gambar 7 . Pola difraksi dari MMTK10 sebelum dan sesudah perlakuan dengan Cs dan surfaktan kationik BDAB dan DTAB. Cs = 100 mM, BDAB dan DTAB = 50 mM.
.
Gambar 8.  Spektrum  FTIR  pada  MMTK10  sebelum  dan  sesudah  perlakuan  dengan  Cs  dan surfaktan kationik BDAB dan DTAB. Cs = 100 mM, BDAB dan DTAB = 50 mM
Urania : Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir (Vol. 29 No. 1 Tahun 2023) 53 – 62
Efektivitas Desorpsi Cesium Oleh Surfaktan Kationik Berdasarkan Struktur Hidrofiliknya Pada Montmorillonit K10
(Herry Wijayanto, Satoru Nakashima)
Tidak mengembang atau membesarnya interlayer MMTK10
disebabkan pengaruh struktur clay itu sendiri. MMTK10 merupakan pengembangan produk montmorillonit yang sebelumnya diberi perlakuan aktivasi asam dan perlakuan suhu. Perlakuan  aktivasi  asam  menyebabkan terjadinya  pembentukkan  poros  yang  tinggi dengan luas permukaan besar. Oleh karena itu dapat mengadsorp Cs dalam jumlah tinggi. Perlakuan  suhu  menyebabkan  hilangnya kemampuan  interlayer    untuk  mengembang atau  membesar  [22,23]  Jadi,  meskipun digunakan surfaktan kationik dengan struktur kepala  hidrofilik  yang  lebih  besar,  tidak mempengaruhi pengembangan
atau pembesaran  interlayer  dari  MMTK10,  juga desorpsi Cs.
Kesamaan hasil desorpsi Cs dari BDAB dan DTAB yang ditunjukkan pada Gambar 5 (kurva  merah  dan  biru)  disebabkan  karena kesamaan panjang ekor hidrofobik sebanyak 12  karbon.  Pada  penelitian  Willms,  et  al
(2004) menunjukkan bahwa adsorpsi surfaktan  pada  permukaan  clay  didorong oleh  interaksi  hidrofobik  pada  rantai  ekor surfaktan  itu  sendiri.  Semakin  panjang  ekor surfaktan,  semakin  besar  interaksi  antar hidrofobiknya,  semakin  meningkat  pula adsorpsinya pada permukaan clay, sehingga desorpsi Cs  juga semakin besar [21]. Karena pada  penelitian  ini  menggunakan  panjang ekor surfaktan yang sama, maka kemampuan desorpsi Cs juga sama.

## SIMPULAN
Telah  ditemukan  bahwa  efisiensi desorpsi  cesium  (Cs)  dari  MMTK10/Cs dengan  menggunakan  surfaktan  kationik (BDAB  dan  DTAB)  menunjukkan  hasil  yang jauh  lebih  tinggi  dibandingkan  dengan penggunaan HCl, terutama karena kemampuan  surfaktan  dalam  membentuk misel  ketika  konsentrasinya  melebihi  nilai KKM  atau  ketika  pada  konsentrasi  tinggi. Meskipun BDAB dan DTAB memiliki perbedaan dalam struktur hidrofilik, keduanya menunjukkan efisiensi desorpsi Cs yang  serupa,  yang  dapat  diatribusikan kepada  kesamaan  panjang  rantai  ekor hidrofobik.  Namun,  karakteristik  unik  dari MMTK10, yang mengalami perlakuan khusus seperti  pemanasan  pada  suhu  tinggi, memberikan  dampak  pada  mekanisme desorpsi,  membatasi  pengembangan  atau pembesaran  interlayernya.  Oleh  karena  itu,
meskipun  ada  perbedaan  dalam  struktur kepala  hidrofilik  surfaktan,  keduanya  tidak menunjukkan  perbedaan  signifikan  dalam mekanisme  desorpsi  Cs  pada  MMTK10/Cs. Hasil ini menekankan pentingnya mempertimbangkan sifat dan struktur surfaktan kationik serta karakteristik spesifik montmorillonit dalam proses desorpsi Cs.

## PERNYATAAN KONTRIBUTOR
Herry Wijayanto: Konseptualisasi, metodologi,  investigasi,  analisis  formal, kurasi  data,  penulisan  draf  asli.  Satoru Nakashima: Metodologi, review draf, supervisi, administrasi proyek.

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  M. Tsubokura et al. ,  “Estimated association between dwelling soil contamination  and  internal  radiation contamination  levels  after  the  2011 Fukushima  Daiichi  nuclear  accident  in Japan,” BMJ Open , vol.  6, p. e010970, Jun.  2016,  doi:  10.1136/BMJOPEN- 2015-010970.
[2]  M. Kaneko et al. , “Radioactive Cs in the severely  contaminated  soils  near  the Fukushima Daiichi nuclear power plant,” Front. Energy Res. , vol. 3, p. 37, 2015, doi:10.3389/fenrg.2015.00037.
[3]  K. M. Wai, D. Krstic, D. Nikezic, T. H. Lin, and P. K. N. Yu, “External Cesium-137 doses to humans from soil influenced by the  Fukushima  and  Chernobyl  nuclear power  plants  accidents:  a  comparative study,” Sci.  Reports  2020  101 ,  vol.  10, no. 1, pp. 1 –8, May 2020. doi: 10.1038/s41598-020-64812-9.
[4]  S.  Yamasaki  and  S.  Utsunomiya ,  “A review of efforts for volume reduction of contaminated soil in the ten years after the  accident  at  the  Fukushima  Daiichi Nuclear  Power  Plant,” J.  Nucl.  Sci. Technol. ,  vol.  59,  no.  2,  pp.  135 –147,
Feb. 2022. doi: 10.1080/00223131.2021.1974596.
[5] T.  Yasutaka  and  W.  Naito,  “Assessing cost  and  effectiveness  of  radiation decontamination
in Fukushima Prefecture, Japan,” J. Environ.
Radioact. ,  vol.  151,  pp.  512 –520,  Jan. 2016, doi: 10.1016/J.JENVRAD.2015.05.012.
[6] Ministry  of the Environment, “Initiatives of  Ministry  of  the  Environment  for Reconstruction  and  Revitalization  from
Urania : Jurnal Ilmiah Daur Bahan Bakar Nuklir (Vol. 29 No. 1 Tahun 2023) 53 – 62
Efektivitas Desorpsi Cesium Oleh Surfaktan Kationik Berdasarkan Struktur Hidrofiliknya Pada Montmorillonit K10 (Herry Wijayanto, Satoru Nakashima)
the Great East Japan Earthquake,” 2022. [Online]. Available:http://josen.env.go.jp /en/pdf/initiatives_2203.pdf
[7] The  Asahi  Shimbun,  “Survey :  Not  a single  prefecture  backs  reuse  of radioactive soil,” 2022. https://www.asahi.com/ajw/articles/143
11546
[8] NHK  World  Japan,  “Disposing  of Fukushima’s  contaminated  soil,”  2019. https://www3.nhk.or.jp/nhkworld/en/ne ws/backstories/399/
[9] The  Asahi  Shimbun,  “Ministry  to  delay trial on reusing Fukushima soil in Kanto areas,”
2023. https://www.asahi.com/ajw/articles/148
51976
[10]  T.  Shimaoka,  K.  Kumagai,  T.  Katsumi, and  M.  Iba,  “Design,  installation,  and maintenance of temporary storage sites for radioactive decontamin ation waste,”
Japanese  Geotech.  Soc.  Spec.  Publ. , vol. 2, no. 70, pp. 2385 –2390, Jan. 2016, doi: 10.3208/JGSSP.IGS-44.
[11] J. Mo and K. Endo, “Compressibility and compressive  strength  of  the  modified removed  soil  from  decontamination projects  in  Fukushima ,” Japanese Geotech. Soc. Spec. Publ. , vol. 8, no. 5, pp. 176 –181, Mar. 2020, doi: 10.3208/JGSSP.V08.J41.
[12]  S.  M.  Park,  D.  S.  Alessi,  and  K.  Baek, “Selective  adsorption  and  irreversible fixation  behavior  of  cesium  onto  2:1 layered  clay  mineral:  A  mini  r eview,” J. Hazard.  Mater. ,  vol.  369,  pp.  569 –576, May 2019. doi: 10.1016/j.jhazmat.2019.02.061.
[13]  X.  Yin et  al. ,  “Effective  and  efficient desorption  of  Cs  from  hydrothermal- treated clay minerals for the decontamination
of
Fukushima radioactive soil,” Chem. Eng. J. , vol. 333, pp. 392 –401, Feb. 2018. doi: 10.1016/J.CEJ.2017.09.199.
[14]  I. Kim et al. , “Desorption of cesium from hydrobiotite  by  hydrogen  peroxide  with divalent cations,” J. Hazard. Mater. , vol. 390, p. 121381, May 2020. doi: 10.1016/J.JHAZMAT.2019.121381.
[15]  C. W. Park, B. H. Kim, H.-M. Yang, B.-K. Seo,  and  K.- W.  Lee,  “Enhanced desorption  of  Cs  from  clays  by  a polymeric  cation- exchange  agent,” J.
Hazard.  Mater. ,  vol.  327,  pp.  127 –134, 2017.
doi: 10.1016/j.jhazmat.2016.12.037.
[16]  C.  W.  Park,  et  al ,  “Removal  of  cesium ions  from  clays  by  cationic  surfactant intercalation,” Chemosphere ,  vol.  168,
pp.
1068 –1074, 2017,
doi:
10.1016/j.chemosphere.2016.10.102.
[17]  H.  Wijayanto  and  S.  Nakashima, “Influence  of  head  group  structure  of cationic surfactants on the desorption of cesium  from  clays  and  clay  minerals,” Appl. Clay Sci. , vol. 228, p. 106649, Oct. 2022.
doi: 10.1016/J.CLAY.2022.106649.
[18] C. G. Kim, “Adsorption/Ion Exchange of Metal  ions  on  Clay  Mineral  Surfaces,” Asian  J.  Chem. ,  vol.  25,  no.  10,  pp. 5884 –5886, May 2013. doi: 10.14233/AJCHEM.2013.OH118.
[19]  T. Basuki, K. Inada, and S. Nakashima, “Examination  of  Cs  tolerant  bacteria interaction with Cs+ in aqueous solution and  soil  by  using  137Cs  tracer,” AIP Conf. Proc. , vol. 2295, p. 020007, Dec. 2020, doi: 10.1063/5.0031817.
[20]  M.  Tsujimoto,  S.  Miyashita,  H.  T. Nguyen,  and  S.  Nakashima,  “Monthly Change  in  Radioactivity  Concentration of 137Cs, 134Cs, and 40K of Paddy Soil and Rice Plants in Fukushima Prefecture,” Radiat. Saf. Manag. , vol. 19, pp. 10 –22, 2020, doi:
10.12950/RSM.181219.
[21]  C.  Willms,  Z.  Li,  L.  Allen,  and  C.  V. Evans,  “Desorption  of  cesium  from kaolinite and illite using alkylammonium salts,” Appl. Clay Sci. , vol. 25, no. 3 –4, pp. 125 –133, Jun. 2004, doi: 10.1016/j.clay.2003.10.001.
[22] S. Maiti, A. Pramanik, S. Chattopadhyay, G. De, and S. Mahanty, “Electrochemical  energy  storage  in montmorillonite K10 clay based composite as supercapacitor using ionic liquid  electrolyte,” J.  Colloid  Interface Sci. , vol. 464, pp. 73 –82, Feb. 2016, doi: 10.1016/J.JCIS.2015.11.010.
[23]  O.  Alekseeva et  al. ,  “Structural  and
Thermal Properties of Montmorillonite/Ionic Liquid Composites,” Mater.  2019,  Vol.  12, Page 2578 , vol. 12, no. 16, p. 2578, Aug. 2019, doi: 10.3390/MA12162578.