Pohon kemiri merupakan jenis pohon serbaguna, hampir seluruh bagiannya dapat dimanfaatkan dengan produk utama kemiri isi. Pohon kemiri (Aleurites moluccana) merupakan jenis yang mudah ditanam, cepat tumbuh dan tidak begitu banyak menuntut persyaratan tempat tumbuh (Sunanto, 1994) dan berdasarkan pengelompokkannya kemiri termasuk dalam minyak lemak (Kateren, 1986).
Sumatera Utara menjadi salah satu wilayah di Indonesia yang menjadi daerah penanaman kemiri dengan hasil panen sebanyak 13.367 ton pada tahun 2015 menurut data Badan Pusat Statistik. Limbah yang dihasilkan dari proses pemecahan biji kemiri berupa cangkang kemiri selama ini belum dimanfaatkan secara optimal.
Cangkang kemiri merupakan salah satu produk sampingan dari proses pemanenan buah kemiri. Limbah cangkang kemiri memiliki kandungan yang sama dengan kayu yaitu mengandung selulosa, hemiselulosa, dan lignin. Sehingga, cangkang kemiri dapat dijadikan arang yang dapat dimanfaatkan sebagai bahan campuran pada keramik berpori karena strukturnya yang memiliki pori.
Gambar 2.1 Cangkang Kemiri
2.2.2 Karbon aktif cangkang kemiri
Limbah cangkang kemiri memiliki sifat keras dan memiliki kandungan kalor sebesar 4146 kal/g (Aritonang, 2018). Selain itu cangkang kemiri mengandung senyawa selulosa, hemiselulosan, dan juga lignin dengan ketebalan 3-4 mm. Arang adalah suatu bahan padat yang berpori – pori dan merupakan hasil pembakaran dari bahan yang mengandung unsur Karbon (C). Karbon aktif merupakan suatu bahan berupa karbon amorf yang sebagian besar terdiri atas atom karbon bebas dan mempunyai permukaan dalam (internal surface) sehingga mempunyai kemampuan daya serap
8
(adsorption) yang baik. Karbon dapat digunakan selain untuk bahan baku pada pembuatan baterai, briket arang, dan arang kompos, juga dapat diolah lebih lanjut menjadi karbon aktif. Karbon aktif digolongkan ke dalam produk kimia dan bukan bahan energi seperti arang atau briket arang yang sebagian besar dari pori-pori arang masih tertutup dengan hidrokarbon dan senyawa organik, sedangkan karbon aktif mampu melakukan adsorpsi karena permukaannya lebih luas dan pori-porinya telah terbuka. Sebagian dari pori-pori arang masih tertutup dengan hidrokarbon, dan senyawa organik lain. Proses aktivasi arang untuk menghilangkan senyawa hidrokarbon dan senyawa lain menghasilkan produk karbon aktif. Karbon aktif dapat dibedakan dari arang berdasarkan sifat pada permukaannya.
Permukaan pada arang masih ditutupi oleh deposit hidrokarbon yang menghambat keaktifannya, sedangkan pada arang aktif permukaannya relatif telah bebas dari deposit dan mampu mengadsorpsi karena permukaannya luas dan pori-porinya telah terbuka (Lempang, 2013). Aktivasi karbon untuk menghasilkan arang aktif dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu kimia dan fisika (Maulana, 2017). Pada umumnya karbon aktif dapat di aktivasi dengan dua cara, yaitu dengan cara aktivasi kimia dengan hidroksida logam alkali, garam-garam Karbonat, Klorida, Sulfat, Fosfat dari logam alkali tanah dan khususnya ZnCl2, CaCl2, asam-asam anorganik seperti H2SO4
dan H3PO4 dan aktivasi fisika yang merupakan proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas pada suhu 800°C hingga 900°C. Faktor – faktor yang berpengaruh terhadap proses aktivasi adalah waktu aktivasi, suhu aktivasi, ukuran partikel, rasio activator dan jenis aktivator yang dalam hal ini akan mempengaruhi daya serap arang aktif. Proses aktifasi merupakan hal yang penting diperhatikan disamping bahan baku yang digunakan.
Gambar 2.2 Arang Cangkang Kemiri
Aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap arang yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga arang mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi. Pori yang terbentuk secara kimia terjadi dari hasil penataan kembali atom karbon akibat dari proses karbonisasi yang membentuk kristalit heksagonal, di mana makin tinggi suhu karbonisasi jumlah atom karbon yang membentuk kristalit makin banyak. Daya adsorpsi arang aktif disebabkan adanya pori-pori mikro yang sangat besar jumlahnya, sehingga menimbulkan gejala kapiler yang mengakibatkan adanya daya adsorpsi. ( Polii, 2017)
2.3 Keramik
Keramik merupakan material yang terdiri dari pencampuran beberapa fasa sebagai bahan padat anorganik yang merupakan paduan dari unsur logam dan juga non logam, ikatan atom pada keramik umumnya ikatan ion, walaupun ada sebagian mempunyai kovalen ketika dibakar. Keramik berasal dari bahasa Yunani yaitu “keramos” yang berati periuk atau belanga yang terbuat dari tanah. Sedangkan yang disebut bahan – bahan keramik ialah semua barang atau bahan yang dibuat dari bahan – bahan tanah atau batuan Silikat dan yang proses pembuatannya melalui pembakaran pada suhu tinggi (Astuti, 1997).
Keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Ikatan kovalen memberikan sifat dapat mengarah pada kekuatan kristal dan strukturnya lebih rumit dari ikatan logam atau ion, dimana struktur kristalnya menggambarkan seperti bola – bola tersusun rapat. Ikatan kovalen sangat kuat sehingga struktur kristalnya bersifat kuat dan mempunyai titik didih serta sifat isolator yang baik. Keramik secara umum mempunyai sifat kekuatan tekan lebih baik dari kekuatan tariknya. Selain itu, keramik juga bervariasi sesuai dengan kegunaannya, seperti keramik konstruksi, keramik berpori, gerabah, dan lainnya.
2.3.1 Keramik Berpori
Keramik berpori merupakan keramik yang sengaja di buat memiliki rongga – rongga kecil sehingga dapat dilalui oleh fluida dan pada umunya digunakan sebagai
10
filter. Keramik berpori ini relatif lebih tahan terhadap perubahan suhu tinggi, korosi dan kontaminasi bahan lain, sehingga dapat digunakan sebagai media filter, antara lain air limbah, gas buang, penuangan logam cair (seperti timah) dan lainnya.
Penambahan zat aditif dapat mempengaruhi daya penyerapannya (Moraida, 2015).
Selain daya penyerapannya sifat lain yang penting pada keramik berpori adalah porositasnya, hal ini dikarenakan keramik berpori mempunyai rongga – rongga kecil yang dapat dirembesi oleh fluida (khususnya udara atau air). Keramik yang digunakan sebagai membran memiliki pori dengan rentang ukuran antara 1 𝜇m hingga mendekati 1 mm. Rentang ukuran tersebut termasuk dalam kategori liquid phase pore atau spatial pore (atau disebut juga macropore). Berbagai teknik telah dilakukan untuk membuat keramik dengan pori ukuran mikro, beberapa diantaranya adalah melalui drying bersuhu rendah. Selain itu dapat juga dilakukan dengan pembakaran untuk menghilangkan bahan organik dan meninggalkan pori. Sementara cara pencetakan (forming method) dapat dilakukan baik dengan slip casting atau dry pressing. Dua keping keramik dapat memiliki komposisi yang sama tetapi kerapatannya berbeda jika yang satu berpori dan yang lainnya tidak berpori. Keramik berpori dapat diperoleh dengan mencampurkan bahan organik (produk semen, produk beton, produk gips, produk asal keramik) atau dengan mencampurkan zat aditif dengan serbuk bahan keramik. Setelah pembentukan dan pembakaran dihasilkan ukuran pori yang berkesesuaian. Menurut IUPAC, keramik berdasarkan ukuran porinya terbagi atas (B.D. Zdravkov et al. 2007) :
1. Microporous ceramic yaitu keramik yang memiliki ukuran pori lebih kecil dari 2 nm (d< 2 nm).
2. Mesoporous ceramic yaitu keramik yang memiliki ukuran pori di antara 2 nm dan 50 nm (2 nm < d < 50 nm).
3. Macroporous ceramic yaitu keramik yang memiliki ukuran pori lebih besar dari 50 nm ( d > 50 nm).
2.3.2 Keramik Berpori pada Konstruksi
Penggunaan keramik berpori pada konstruksi bangunan berfungsi sebagai pendingin pasif dan sebagai ventilasi udara sehingga sirkulasi udara pada suatu bangunan dapat terjaga. Pada penelitian yang telah dilakukan oleh Chen (2017)
tentang penggunaan material berpori berupa pipa keramik dapat diketahui bahwa keramik berpori yang digunakan pada dinding dengan bentuk pipa dapat mendinginkan suhu ruangan karena adanya aliran air melalui pori yang ada pada keramik berpori dengan menggunakan konsep pipa kapiler. Pori yang ada pada keramik berpori juga memudahkan penguapan yang mengakibatkan suhu menurun.
Hal yang sering menjadi kendala pada keramik berpori untuk konstruksi adalah tingkat porositas yang tinggi dan kuat tekannya. Penelitian yang dilakukan oleh Huo (2017) tentang keramik berpori menyatakan bahwa nilai kuat tekan dan porositas bergantung pada tingkat porositas, hal ini menunjukkan kuat tekan linear dengan porositasnya. Bruner (2015) menyatakan bahwa dinding berpori memiliki pori yang cukup besar sehingga memiliki sifat mencegah rambatan energi panas, tetapi tidak menyerapnya dan relatif lebih stabil terhadap suhu.
2.3.3 Pembuatan Keramik
Pembuatan keramik terjadi dalam beberapa proses yaitu proses pembentukan, pengeringan dan pembakan. Proses pembentukan terdiri dari beberapa tahap yaitu (Vlack, 1964):
1. Pengolahan Bahan Baku
Bahan baku yang dibutuhkan untuk pemrosesan keramik semuanya berasal dari alam. Beberapa bahan baku dimasukkan ke dalam produk keramik dalam bentuk alami mereka, sementara beberapa bahan yang lain harus di olah dan diproses sebelum digunakan.
2. Dry Pressing
Dry pressing dapat dideskripsikan dengan bahan baku yang akan digunakan dihaluskan hingga menjadi partikel kecil. Kemudian partikel bahan dikompresi menjadi volume sekecil mungkin dengan penerapan tekanan, dengan dua hasil:
pengepakan partikel dan ikatan partikel.
3. Rubber Mold Pressing
Teknik rubber mold pressing menggunakan cetakan yang terbuat dari karet yang kemidian partikel bahan dimasukkan kedalamnya lalu cetakan ditekan dengan tekanan hidrostatis sehingga partikel bahan membentuk cetakan.
12
4. Ekstrusion Molding
Ekstrusi molding menggunakan bahan yang terlebih dahulu dipanaskan kemudian di masukkan kedalam cetakan yang telah di bentuk dan di dorong sehingga bahan mengikuti bentuk cetakan tersebut.
5. Slip Casting
Slip Casting adalah proses untuk membuat keramik yang berlubang. Proses ini menggunakan cetakan dengan dinding yang berlubang-lunagng kecil dan memanfaatkan daya kapilaritas air.
6) Injection Molding
Proses ini digunakan untuk membuat objek yang kecil dan rumit. Metode ini menggunaan piston untuk menekan bubuk keramik melalui pipa panas masuk ke cetakan. Pada cetakan tersebut, bubuk keramik didinginkan dan mengeras sesuai dengan bentuk cetakan. Ketika objek tersebut telah mengeras, cetakan dibuka dan bagian keramik dipisahkan.
2.3.4 Pengujian yang Dilakukan pada Keramik 1) Sifat Fisis
a. Densitas
Densitas adalah ukuran kerapatan suatu zat yang dinyatakan banyaknya zat (massa) per satuan volume. Pengukuran densitas menggunakan standart. Untuk mengukur densitas :
Porositas merupakan banyak pori suatu material yang dihitung dengan mencari persentase (%) berdasarkan daya serap bahan terhadap air dan perbandingan volume yang diserap terhadap volume total sampel. Untuk mengukur porositas :
% Porositas = (mb−mk)
ρair×Vt × 100% (2.2)
Dimana :
Susut bakar adalah persentase penyusutan volume sebelum dilakukan pembakaran dan sudah dilakukan pembakaran. Susut bakar dihitung dengan menggunakan persamaan:
%𝑠𝑢𝑠𝑢𝑡 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 = 𝑉𝑠𝑏𝑙−𝑉𝑏𝑘𝑟
Susut massa adalah presentase penyusutan massa sebelum dilakukan pembakaran dan sesudah dilakukan pembakaran. Susut massa dihitung menggunkan persamaan:
%susut massa =msbl−mbkr
Penyerapan air adalah peristiwa dimana partikel terperangkap kedalam struktur material dan menjadi bagian dari material tersebut. Penyerapan air sebanding dengan porositas, semakin besar nilai porositas maka semakin besar nilai penyerapan air. Prosedur uji penyerapan air mengacu pada ASTM C-20-00-2005. Untuk menguji daya serapan air dilakukan dengan menggunakan percobaan Archimedes dengan rumus :
% penyerapan air =𝑚𝑏−mk
𝑚𝑘 × 100% (2.5) Dimana : Mk = massa kering sampel setelah dibakar (Kg)
Mb = massa basah sampel setelah direndam di dalam air (Kg)
14
2) Sifat Mekanik