iv
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT , atas segala Rahmat dan
Berkahnya sehingga penelitian dengan judul “Pengaruh Penambahan Karbon
Aktif dari Arang Tempurung Kelapa Terhadap Karakteristik Keramik
Cordierite Berpori sebagai Bahan Filter Gas Buang” ini dapat terlaksana
dengan baik serta selesai sesuai waktu yang direncanakan.
Denga kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih yang
setinggi-tingginya kepada:
Pemerintah Republik Indonesia, Departemen Pendidikan Tinggi atas
Beasiwa BIDIKMISI yang diberikan kepada penulis dari awal perkuliahan hingga
memperoleh gelar sarjana.
Rektor Universitas Negeri Medan, Bapak Prof. Dr. Ibnu Hajar Damanik,
M.Si, Dekan Fakultas MIPA UNIMED, Bapak Prof. Drs. Motlan, M.Sc., Ph.D,
atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan
menyelesaikan pendidikan sarjana sains.
Ketua jurusan Fisika, Bapak Alkhafi Maas Siregar, M.Si, Sekretaris
jurusan Fisika, Ibu Rita Juliani, M.Si, Ketua Program Studi Fisika, Bapak Drs.
Pintor Simamora, M.Si, beserta seluruh staf edukatif dan administratif pada
program studi Fisika Universitas Negeri Medan.
Pembimbing utama, Bapak Drs. Usler Simarmata, M.Si, dan para penguji
bapak Prof. Drs. Motlan, M.Sc, Ph.D, Bapak Prof. Dr. Nurdin Bukit, dan Bapak
M.Si, Dr. Makmur Sirait, M.Si, yang telah memberikan arahan dan motivasi yang
sangat berarti bagi penulis untuk menyelesaikan penelitian ini.
Kepala Laboratorium Fisika UNIMED, Bapak Rahmatsyah, M.Si., Kepala
Laboratorium Kimia UNIMED, Bapak Dr. Marudut Sinaga, M,Si, Laboran
Laboratorium Mekanik PTKI Medan, Ibu Syafitri dan Bapak Barri, Kepala
Bengkel beserta kru di Bengkel Auto 2000 Medan Amplas, yang turut membantu
terlaksana hingga selesainya penelitian ini.
Ibunda Hamidah Lubis yang senantiasa menyelipkan nama ananda dalam
setiap doanya demi kesuksesan anaknya serta segala dukungan moril dan materil
anak-v
anaknya. Kakak dan adik-adik, Fauziah Ardianti, S,Si., Gilang Rinaldi, dan
Muchtar Fuadi yang selalu menjadi penghibur hati.
Sahabat-sahabat terhebat saya, Bripda Mutiara, Sapwan, dan Dini yang
telah memotivasi serta memberi pengalaman yang begitu berarti. Juga kepada
Ketua HMI pertama saya, yang sekaligus juga sebagai sahabat yang baik, Syahril
Tahir atas segala kisah hidup dan pelajaran yang begitu tak terhingga.
Saudara-saudara seperjuangan di Himpunan Mahasiswa Islam (HMI)
Ismail, Ilmi, Fai, Irel, Widi, Widya, Juli, Taufik, Vivi, dan seluruh keluarga besar
HMI FMIPA UNIMED atas motivasi dan doanya.
Rekan-rekan seprofesi, Bang Al, Sapwan, Yosiko, Bahrani dan seluruh
Asisten Lab Fisika Dasar atas kerja samanya selama ini.
Kawan-kawan di Fisika angkatan 2011 Iin, Ati, Wina, Irpan, dan yang
lainnya atas segala bantuan, dukungan, informasi, senyuman, canda tawa serta
kesulitan yang dihadapi bersama yang akan senantiasa jadi memori terindah.
Semua pihak yang turut membantu terlaksananya penelitian ini sehingga
dapat terselesaikan dengan baik.
Penulis telah berupaya semaksimal mungkin dalam menyelesaikan skripsi
ini. Walaupun penulis menyadari masih banyak kekurangan baik dari segi isi
maupun tata bahasa. Untuk itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang
membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini.
Kiranya isi skripsi ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.
Medan, Maret 2015
Mutia Amalia
iii
PENG ARUH PENAMBAH AN K ARBO N AKTIF DARI ARANG TEMPURUNG KEL APA TE RHADAP K ARAKTERISTIK
KERAMIK CORDIERITE (2MGO.2AL2O3.5SIO2) BERPORI SEBAGAI BAHAN FILTER GAS BUANG
MUTIA AMALIA (4112240008)
ABSTRAK
Telah dilakukan penelitian tentang pengaruh penambahan karbon aktif terhadap karakteristik keramik cordierite berpori sebagai bahan filter gas buang kendaraan bermotor. Pengarangan tempurung kelapa menggunakan furnace pada suhu 700o C, aktivasi karbon dari arang tempurung kelapa dilakukan secara kimia melalui perendaman dalam larutan pengaktif NaOH konsentrasi 1,5% selama 2 jam. Pencampuran bahan baku MgO, Al2O3 dan SiO2 menggunakan Planetary Ball Mill selama 2 jam, pengayakan hingga lolos 200 Mesh. Suhu kalsinasi yaitu 1100o C dengan persentase penambahan aditif berturut- turut 20%, 25%, dan 30%. Keramik dibuat dengan metode pencetakan slip casting. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa terdapat korelasi yang signifikan antara penambahan karbon aktif dengan karakteristik keramik cordierite berpori dan daya absorbsi gas buang dari kendaraan bermotor. Keramik dengan aditif 20%, 25% dan 30% berturut-turut menghasilkan densitas 0,83 gr/cm3,0,74 gr/cm3, 0,69 gr/cm3, porositas 45%, 52%, 68%, kekerasan 1156,4 MPa, 1075,06 MPa, 938,84 MPa, kekuatan tekan 1,44 .105 Pa, 1,21 .105 Pa, 0,91 .105 Pa dan dapat mengarbsorbsi gas buang CO sebesar 14%, 29%, dan 25%, gas HC sebesar 3,39%, 5%, dan 5,08%, serta gas CO2 sebesar 0%, 33% dan 33%. Komposisi terbaik yang dihasilkan adalah dengan aditif 25%.
vi
DAFTAR ISI
Halaman
Lembar Pengesahan ... i
Riwayat Hidup ... ii
Abstrak ... iii
Kata Pengantar ... iv
Daftar Isi... vi
Daftar Gambar ... ix
Daftar Tabel ... x
Daftar Lampiran ... xi
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.1.Latar Belakang Masalah ... 1
1.2.Batasan Masalah ... 3
1.3.Rumusan Masalah ... 4
1.4.Tujuan Penelitian ... 4
1.5.Manfaat Penelitian ... 4
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1. Keramik... 5
2.2. Cordierite ... 6
2.3. Bahan Baku Keramik ... 7
2.3.1. Bahan Baku Keramik Cordierite ... 7
2.4. Pembentukan Keramik ... 9
2.5. Karakteristik Keramik Cordierite ... 10
2.6. Bahan Aditif ... 11
2.6.1. Arang Tempurung Kelapa... 11
2.6.2.Karbon Aktif ... 12
2.7. Gas Buang Kendaraan Bermotor ... 14
2.8. Karakteristik Material Keramik ... 16
vii
2.8.2. Porositas ... 16
2.8.3. Kekerasan ... 17
2.8.4. Kekuatan Tekan ... 18
2.8.5. Scanning Electron Microscopy (SEM) ... 18
2.8.6. Uji Absorbsi Gas Buang ... 28
BAB III. METODE PENELITIAN... 19
3.1. Tempat dan Waktu Penelitian ... 19
3.1.1. Tempat Penelitian ... 19
3.1.2. Waktu Penelitian ... 19
3.2. Alat dan Bahan ... 20
3.2.1.Alat Penelitian ... 20
3.2.2. Bahan Penelitian ... 20
3.3 Prosedur Penelitian ... 20
3.3.1. Proses Pembuatan Arang Karbon Aktif dari Tempurung Kelapa ... 20
3.3.2. Proses Pembuatan Keramik Cordierite ... 21
3.4.Pengujian ... 23
3.4.1. Densitas ... 23
3.4.2. Porositas ... 23
3.4.3.Kekuatan Tekanan ... 23
3.4.4.Kekerasan ... 23
3.4.5.Uji Absorbsi Gas Buang ... 23
3.4.6.Uji SEM ... 24
3.5. Diagram Alir Penelitian ... 25
3.6.Variabel Penelitian ... 26
3.7. Teknik Analisa Data ... 26
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 28
4.1. Densitas dan Porositas ... 28
4.2. Kekerasan ... 30
4.3. Kekuatan Tekan ... 31
viii
4.5. Uji Absorbsi Gas Buang ... 35
BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ... 37
5.1. KESIMPULAN ... 37
5.2. SARAN ... 37
x
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1.Sifat Fisis dan Mekanik dari Keramik Cordierite ... 11
Tabel .2.2. Kemampuan Cangkang Kelapa dalam Menyerap Logam Berat ... 12
Tabel 2.3. Daftar Ringkas Bahan Sumber untuk Karbon Aktif ... 12
Tabel 2.4. Nama Merk Dagang dari Karbon Adsorben ... 13
Tabel 3.1.Waktu Penelitian ... 20
Tabel.3.2. Komposisi dari Pembuatan Keramik Cordierite dengan Aditif arang Tempurung Kelapa ... 23
Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Densitas dan Porositas ... 28
Tabel 4.2 Hasil Uji Kekerasan Keramik Cordierite... 30
Tabel 4.3 Hasil Uji Kekuatan Tekan Keramik Cordierite ... 32
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1.Perhitungan Ralat Pengukuran Densitas ... 40
Lampiran 2. Perhitungan Ralat Pengukuran Kekerasan ... 42
Lampiran 3. Perhitungan Ralat Pengukuran Kekuatan Tekan ... 44
Lampiran 4. Perhitungan Regresi dengan SPSS 16.0 ... 48
Lampiran 5. Dokumentasi Penelitian ... 56
Lampiran 6. Surat Keterangan Dosen Pembimbing Skripsi ... 62
Lampiran 7. Surat Penelitian ... 63
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Gas buang dari kendaraan bermotor merupakan salah satu polutan yang menjadi
masalah serius serta perlu dipikirkan solusinya. Salah satu alternatif untuk
mengurangi polusi lingkungan adalah penggunaan filter sehingga lingkungan bebas
dari polusi. Gas buang dihasilkan dari ruang bakar (tungku pembakaran) maupun
kendaraan bermotor, memiliki suhu cukup tinggi sekitar: (400 – 800)oC. Di samping
suhu yang tinggi juga banyak mengandung partikel-partikel halus (debu), partikel
karbon aktif, gas CO, CO2, SO2, NOx dan lain-lainnya. Filter mampu menangkap
debu halus, partikel karbon aktif dan membutuhkan material berpori, kuat, stabil,
tahan suhu tinggi, tahan abrasi/korosi dan mudah dibersihkan. Produk filter gas buang
beredar di Indonesia masih di impor dari Jepang, Amerika dan Australia. Oleh karena
itu perlu dikuasai teknologinya agar dapat dilakukan substitusi impor akan kebutuhan
filter gas buang. (Sebayang, 2007)
Keramik berpori adalah keramik yang sengaja dibuat mempunyai
rongga-rongga kecil yang dapat dirembesi oleh fluida (porinya ~ 30–70%) dan berfungsi
sebagai media filter. Keramik cordierite 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. Kualitas suatu produk keramik berpori sangat ditentukan oleh
jenis, komposisi, ukuran partikel, dan suhu sinteringnya (Sebayang, 2009).
Cordierite merupakan keramik oksida dengan formula: 2MgO.2Al2O3.5SiO2 dapat digunakan sebagai filter gas buang. Dasar pemilihan material ini, karena cukup
stabil sampai suhu 1300oC, kekuatan mekanik tinggi, koefisien ekspansi termal
rendah dan tahan terhadap korosi/abrasi. Cordierite tidak terdapat di alam, tetapi
dapat disintesa dari reaksi padatan oksida-oksida: MgO, Al2O3, dan SiO2. Sumber
MgO diperoleh dari batuan magnesit MgCO3 atau dolomite. Al2O3 dari
2
alam tersebut cukup banyak tersedia di bumi Indonesia, dan belum termanfaatkan
secara optimal (Sebayang, 2007).
Penggunaan keramik berpori antara lain terdapat pada substrat mikroba pada
system penjernih air, media katalis pada industri yang mempergunakan proses kimia,
saringan dan pemisah pada system pengecoran logam, filter gas pada cerobong gas
buang, dan lain-lain (Sebayang, 2009). Keramik berbahan cordierite ini tentu
bukanlah satu-satunya bahan pembuat keramik berpori. Diperlukan bahan organic
yang digunakan sebagai aditif pada pembuatan keramik berpori. Bahan organik
dipilih karena pada suhu tertentu bahan ini akan terurai menjadi gas dan
meninggalkan jejak berupa pori pada keramik. Bahan organik yang dipilih adalah
karbon aktif yang dibuat dari arang tempurung kelapa.
Karbon aktif memiliki luas permukaan yang berkisar antara 300 hingga 2000
m2/gram dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan
karbon aktif memiliki sifat sebagai absorben (Salamah, 2008). Karbon aktif dapat
mengabsorbsi gas dan senyawa kimia tertentu. Besar absorbsi yang dilakukan karbon
aktif bergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permuakaan. Daya serap
karbon aktif sangat besar, yaitu 25 hingga 1000% berat karbon aktif (Salamah, 2008).
Karbon aktif dapat dibuat menggunakan bahan-bahan organik. Bahan baku
yang umum digunakan untuk membuat karbon aktif berasal dari senyawa-senyawa
organik seperti tempurung kelapa, arang tempurung kelapa, tongkol jagung, serbuk
gergaji, dan lain-lain. Selain itu, juga terdapat bahan baku yang berasal dari hewan,
tumbuh-tumbuhan, limbah atau mineral yang diberikan perlakuan khusus untuk
menghasilkan karbon aktif (Sari, 2012)
Dalam penelitian (Sari, 2012) mengenai pengaruh aditif arang batok kelapa
terhadap kerapatan (densitas) dan porositas membran keramik berbasis zeolit dan
tanah lempung dihasilkan keramik berpori dengan nilai porositas yang meningkat
dan dari hasil SEM diketahui ukuran pori terbesar dimiliki oleh sampel yang
memiliki kandungan 80% zeolit dan 10% aditif.
Dalam penelitian (Sebayang, 2007) mengenai pengaruh penambahan serbuk
3
kondisi terbaik adalah dengan komposisi 20% serbuk kayu (SK), dan suhu sintering
1250oC. Pada kondisi ini diperoleh nilai kerapatan (densitas): 0,93g/cm3, porositas:
60,72 %, kekuatan patah: 1,075MPa, kekerasan (Hv): 0,6GPa , koefisien termal
ekspansi: 4 x 10 -6 oC-1 dan ukuran serta distribusi pori relatif seragam berkisar
10-80μm.
Sementara dalam tesis (Rospita, 2008) tentang pembuatan dan karakterisasi
bahan keramik berpori dengan aditif sekam padi yang digunakan sebagai filter gas
buang menyatakan bahwa dengan penambahan aditif semakin besar susut volum,
kerapatan (densitas), kekerasan dan kuat tekan cenderung menurun sedang massa dan
porositas cenderung bertambah. Untuk absorbsi gas radikal, setiap penambahan aditif
5% maka gas CO, CO2, dan HC dapat diabsorbsi masing-masing sebesar 1%, 2%,
dan 4% sedang penambahan aditif 15% absorbs untuk gas CO sebesar 5%.
Berdasarkan uraian di atas, maka penulis akan melanjutkan penelitian
mengenai pembuatan filter gas buang berbahan keramik cordierite berpori dengan
mengganti zat aditifnya dengan arang tempurung kelapa sebagai sumber karbon aktif
dalam fungsinya sebagai bahan filter gas buang kendaraan bermotor. Dengan
demikian judul penelitian ini adalah “Pengaruh Penambahan Karbon Aktif dari
Arang Tempurung Kelapa terhadap Karakteristik Keramik Cordierite (2MgO.2Al2O3.5SiO2) Berpori sebagai Bahan Filter Gas Buang”.
1.2. Batasan Masalah
Untuk membatasi ruang lingkup maka dari uraian yang telah dikemukakan pada latar
belakang di atas, maka penulis membatasi permasalahan sebagai berikut :
a. Preparasi bahan keramik cordierite berpori dengan bahan aditif karbon aktif
dari arang tempurung kelapa yang digunakan untuk mengetahui persentase
pengurangan jumlah gas-gas berbahaya (radikal) yang dihasilkan oleh gas
buang kendaraan bermotor yang menggunakan bahan bakar bensin(premium).
b. Karakterisasi bahan keramik cordierite berpori dengan bahan aditif karbon
aktif dari arang tempurung kelapa yang digunakan untuk mengetahui
4
oleh gas buang kendaraan bermotor yang menggunakan bahan bakar
bensin(premium).
1.3. Rumusan Masalah
Dari latar belakang masalah yang telah diuraikan, maka rumusan masalah
dalam penelitian ini adalah:
a. Bagaimakah peran bahan aditif karbon aktif yang berasal dari arang
tempurung kelapa pada bahan keramik cordierite berpori untuk mengatasi
persentase zat radikal yang berasal dari gas buang kendaraan?
b. Bagaimanakah persentase gas radikal yang berasal dari kendaraan bermotor
dapat berkurang jika dilewatkan dari keramik cordierite berpori yang diberi
bahan aditif karbon aktif dari arang tempurung kelapa?
1.4. Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:
a. Untuk membuat dan mengetahui sifat fisis dan mekanik dari bahan
keramik cordierite berpori yang berasal dari bahan lokal
b. Untuk mengetahui peranan karbon aktif dari arang tempurung kelapa
dalam keramik cordierite berpori untuk tujuan mengurangi gas radikal
yang berasal dari gas buang kendaraan bermotor
c. Untuk mengetahui persentasi berkurangnya gas radikal yang berasal dari
kendaraan bermotor yang dilewatkan melalui keramik cordierite berpori
dengan bahan aditif karbon aktif dari arang tempurung kelapa.
1.5. Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah :
a. Studi awal mengenai fungsi bahan aditif karbon aktif dari arang tempurung
kelapa pada keramik cordierite berpori.
37
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan terhadap sampel keramik
cordierite berpori dengan pemberian aditif karbon aktif 20% - 30% dan suhu sintering 1100oC, disimpulkan bahwa :
1. Terdapat hubungan yang berbanding lurus antara penambahan karbon aktif
dengan nilai porositasnya. Densitas cenderung mengalami penurunan dengan
penambahan aditif karbon aktif.
2. Sifat mekanik keramik, kekerasan dan kekuatan tekan mengalami penurunan
seiring dengan penambahan karbon aktif yang disebabkan oleh pori yang
semakin banyak pada setiap penambahan aditif karbon aktif.
3. Penyerapan (absorbsi) gas buang kendaraan bermotor CO, CO2, dan HC
sebanding dengan penambahan aditif karbon aktif dan banyaknya pori
(porositas) pada keramik cordierite berpori.
4. Persentase berkurangnya gas radikal yang berasal dari kendaraan bermotor
yang dilewatkan melalui keramik cordierite berpori mengalami peningkatan
sebanding dengan penambahan aditif karbon aktif.
5.2 SARAN
1. Sebaiknya proses kalsinasi serbuk cordierite dan suhu sintering keramik yang
telah dicetak dii atas 1100oC. Hal ini dikarenakan semakin tingginya suhu
pembakaran akan meningkatkan sifat mekanik seperti kekerasan dan kuat
tekan sebab dalam aplikasinya sebagai filter gas buang harus tahan terhadap
getaran.
2. Sebaiknya filter gas yang dibuat harus lebih panjang sehingga lebih banyak
gas buang yang menyyentuh permukaan keramik sehingga daya absorbsi gas
38
DAFTAR PUSTAKA
Broudic J.C., J.Guille, S. Vilminot, 1989, Properties of Sol Gel Ceramics and Vitroceramics With The Cordierite Composition, Euro Ceramics, Vol. 2, edited by R. A. Terpstra, Netherland
Faisal, Yunus, 1988, Dampak Ggas Buang Kendaraan Bermotor terhadap Faal Paru, Cermin Dunia Kedokteran, No. 121, 16-18.
George, F Vander Voort, 1984, Metallography Principles and Pactise, Materials Science and Engineering Series
Hans K. S., 1992, Synthesis and Characterization of Low Thermal Expansion Cordierite, ASEAN – Japan Seminar on Ceramics, Fine Ceramics, Kuala Lumpur – Malaysia.
Harahap, Veryon, 2012, Pengaruh Penambahan Volume Pasir Merah Labuhan Batu Selatan Terhadap Sifat Mekanik (Uji Sem, Difraksi Sinar X, Uji Impak) Dari Beton, Program Studi Fisika, Universitas Negeri Medan
Hassler, John W., 1963, Activated Carbon, New York: Chemical Publishing Company Inc.
Henkel, Daniel, Pense W., 2002, Structure and Properties of Engineering Materials, New York: Mc Graw Hill
Pambayun, S. Gilar, 2013, Pembuatan Karbon Aktif dari Arang Tempurung Kelapa Dengan Aktivator ZnCl2 Dan Na2Co3 sebagai Adsorben untuk Mengurangi Kadar Fenol dalam Air Limbah
Salamah, Siti. 2008. Pembuatan Karbon Aktif Dari Kulit Buah Mahoni Dengan Perlakuan Perendaman Pada Larutan KOH. Program Studi Teknik Kimia. Universitas Ahmad Dahlan.
Sari, Ervina Purnama, 2012, Pengaruh Aditif Arang Batok Kelapa terhadap Densitas dan Porositas Membran Keramik berbasis Zeolit dan Tanah Lempung, Seminar Nasional Fisika,68-71.
Sebayang, P, Muljadi., Ginting, Masno., Deni, S.K., 2007, Pengaruh Penambahan Serbuk Kayu Terhadap Karakteristik Keramik Cordierite Berpori Sebagai Bahan Filter Gas Buang, Himpunan Fisika Indonesia, Vol.7.25-30
39
Rospita, Debora Sihite, 2008, Pembuatan Dan Karakterisasi Bahan Keramik Berpori Dengan Aditif Sekam Padi Yang Digunakan Sebagai Bahan Filter Gas Buang, Medan: Sekolah Pasca Sarjana USU
Smith, F. William, 2006, Materials Science and Engineering in SI Units, New York: Mc Graww-Hill
Sudiati, 2006, pembuatan keramik berpori cordierite sebagai bahan filter gas, Medan: Sekolah Pasca Sarjana USU
