PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH DAS BELAWAN TESIS

PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN

MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG

KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING

DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH

DAS BELAWAN

TESIS

DENI REFLIANTO MANIK

117006035/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN

MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG

KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING

DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH

DAS BELAWAN

TESIS

Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam

Universitas Sumatera Utara

Oleh

DENI REFLIANTO MANIK

117006035/KIM

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

Telah diuji pada

Tanggal : 11 Februari 2014

PANITIA PENGUJI TESIS

KETUA : Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D : 1. Saharman Gea, Ph.D

2. Prof. Dr. Thamrin, M.Sc

PERSETUJUAN

Judul Tesis : PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH DAS BELAWAN

Nama Mahasiswa : DENI REFLIANTO MANIK Nomor Pokok : 117006035

Program Studi : MAGISTER (S2) ILMU KIMIA

Menyetujui Komisi Pembimbing

Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

Ketua Anggota

Saharman Gea, Ph.D

Ketua Program Studi Dekan

Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc

PERNYATAAN ORISINALITAS

PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG

KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH

DAS BELAWAN

TESIS

Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan jelas.

Medan, Februari 2014 Penulis

PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG

KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH

DAS BELAWAN

ABSTRAK

Penelitian ini melaporkan tentang pembuatan komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit dan arang aktif cangkang kelapa sawit sebagai bahan penyaring dalam pengolahan air bersih Daerah Aliran Sungai (DAS) Belawan. Penelitian ini terdiri dari enam tahap yaitu persiapan mikrobentonit, persiapan arang aktif cangkang kelapa sawit, pembuatan busa poliuretan, pembuatan komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit dan arang aktif cangkang kelapa sawit, karakterisasi komposit busa poliuretan dan aplikasi komposit busa poliuretan sebagai bahan penyaring air sungai. Variasi berat pengisi yang dipilih yaitu 25; 50; 75 100 (% wt, terhadap berat PPG). Karakterisasi gugus fungsi busa poliuretan dilakukan dengan teknik Spektroskopi FT-IR, morfologi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan sifat termal dengan teknik Thermogravimetric Analysis (TGA). Efektifitas komposit busa poliuretan sebagai bahan penyaring ditentukan oleh nilai pH, kadar total padatan terlarut (TDS), total padatan tersuspensi (TSS) dan kekeruhan. Hasil analisis spektrum FT-IR busa poliuretan menunjukkan adanya serapan khas untuk gugus uretan. Hasil analisis SEM, busa poliuretan dan komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit dan arang aktif cangkang kelapa sawit memiliki tipe struktur sel terbuka (opened cell) dengan diameter pori masing-masing 36,87-157,475 µm (PU); 34,65-117,94 µm (PU-B25%) dan 15,20-54,77 µm (PU-A25%). Hasil analisis

termogram diperoleh urutan kestabilan termal komposit busa poliuretan yaitu PU-B25% > PU-A25% > PU. Efektifitas komposit busa poliuretan sebagai bahan penyaring

air sungai telah diteliti. Karakterisasi air setelah penyaringan menggunakan komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit maupun arang aktif tidak menunjukkan perubahan pada nilai pH dan kadar TDS. Sedangkan, kadar TSS dan kekeruhan menurun dengan hasil optimum diberikan oleh komposit busa poliuretan dengan arang aktif 25% (PU-A25%) yaitu 68% dan 69%. Berdasarkan analisis parameter air

hasil penyaringan, secara keseluruhan telah memenuhi standar air bersih menurut PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 dan PP No.82 Tahun 2001

PREPARATION OF POLYURETHANE FOAM COMPOSITE WITH MICROBENTONITE AND ACTIVATED CHARCOAL OF PALM

KERNEL SHELLS AS FILTER MATERIAL FOR WATER TREATMENT OF BELAWAN WATERSHED

ABSTRACT

The present paper reports the preparation of polyurethane foam composite with microbentonite and activated charcoal of palm kernel shells as filters for water treatment of Belawan watershed. This study consists of six stages, namely preparation of microbentonite, preparation of activated charcoal of palm kernel shells, preparation of polyurethane foam, preparation of polyurethane foam composite with microbentonite and activated charcoal of palm kernel shells filler, polyurethane foam composite characterization and application of polyurethane foam composite as filter for water treatment. The varians weight of filler were 25; 50; 75 100 (%wt, PPG). The functional groups of polyurethane foam were characterized using FT-IR spectroscopy, the surface morphologies were observed using Scanning Electron Microscopy (SEM) and the thermal properties were conducted with Thernal Gravimetric Analysis (TGA). Polyurethane foam composite effectivity as filter determined by the value of pH, Total Dissolved Solid (TDS), Total Suspended Solid (TSS) and turbidity. The FT-IR spectrums of polyurethane foam show has characteristic absorption of urethane functional group. SEM images of polyurethane foam composite with microbentonite and activated charcoal of palm kernel shells has an open cell structure type with a pore diameter 36.87-157.475 µm (PU); 34.65-117.94 µm (PU-B25%) and 15.20-54.77 µm (PU-A25%). The results of sequence

analysis thermogram obtained polyurethane foam composite thermal stability of PU-B25% > PU-A25% > PU. The polyurethane foam composite effectivity as filter for

water treatment has been investigated. Water characterization after filtration showed not experience of change assess pH and TDS, while the TSS and turbidity level

decreased with the optimum results given by the polyurethane foam composite with activated charcoal of palm kernel shells 25% (PU-A25%) are 68% and 69%. Based on

the analysis of parameters of filtered water, the overall rate quality of treated water has been fulfilled PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 and PP No.82 Tahun 2001.

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah Bapa, Putera, dan Roh Kudus atas segala kasih setia dan

berkatNya yang telah memampukan penulis untuk dapat meyelesaikan penelitian dan

penulisan tesis ini dengan sebaik mungkin.

Tesis ini berjudul “PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN

DENGAN MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG KELAPA

SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH

DAS BELAWAN”. Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar

Magister Sains (M.Si) di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,

Universitas Sumatera Utara, Medan.

Penulisan tesis ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang terlibat

secara langsung maupun tidak langsung. Pada kesempatan ini penulis ingin

menyampaikan terima kasih kepada orang tua penulis, Ayahanda Marcius Manik dan

Ibunda Irmawati Gultom yang selalu memberikan nasehat, motivasi dan mendoakan

penulis. Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DMT&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K) dan

Dr. Sutarman, M.Sc selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dekan Fakultas

Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara atas

kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan

pendidikan di Pascasarjana Ilmu Kimia. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D

dan Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc selaku Ketua Program Studi dan Sekretaris

Pascasarjana Ilmu Kimia atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk

menjadi mahasiswa di Pascasarjana Ilmu Kimia.

Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Bapak Prof. Basuki

Wirjosentono, MS. Ph.D selaku dosen pembimbing I dan Bapak Saharman Gea, Ph.D

selaku dosen pembimbing II atas waktu, saran dan bimbingannya dalam penelitian

dan penyusunan tesis ini. Bapak Prof. Dr. Thamrin, M.Sc, Bapak Dr. Darwin Yunus

Nasution, MS dan Bapak Eddyanto, Ph.D selaku dosen penguji atas saran dan

MS atas motivasi dan nasehat kepada penulis. Bapak dan Ibu dosen Pascasarjana

Ilmu Kimia yang telah memberi disiplin ilmu selama penulis menjalani studi. Kak

Lely, Bang Edi dan rekan-rekan penulis di Pascasarjana Ilmu Kimia stambuk 2011

dan 2012 yang telah banyak membantu dan memberikan saran kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa tesis ini masih memiliki banyak kekurangan. Oleh

karena itu, kritik dan saran yang membangun dari pihak pembaca sangat diharapkan

untuk kesempurnaan tesis ini. Akhir kata, semoga tesis ini bermanfaat bagi kemajuan

ilmu pengetahuan.

Medan, Februari 2014

Penulis

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama Lengkap : Deni Reflianto Manik

Tempat dan Tanggal Lahir : Pekanbaru, 22 Februari 1988

Alamat Rumah : Jl. H. Imam Munandar Gg. Setia No. 21 Pekanbaru, Riau

Email : deni.reflianto@gmail.com

Nama Ayah : Marcius Manik

Nama Ibu : Irmawati Gultom

DATA PENDIDIKAN

- Lulus SD Negeri 006 Pekanbaru, Provinsi Riau pada tahun 2000

- Lulus SMP Negeri 13 Pekanbaru, Provinsi Riau pada tahun 2003

- Lulus SMA Negeri 6 Pekanbaru, Provinsi Riau pada tahun 2006

DAFTAR ISI

DAFTAR SINGKATAN xiii

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang 1

1.2. Permasalahan 3

1.3. Pembatasan Masalah 3

1.4. Tujuan Penelitian 4

1.5. Manfaat Penelitian 4

1.6. Metodologi Penelitian 5

1.7. Lokasi Penelitian 6

BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Busa Poliuretan 7

2.2.2. Fourier Transform Infrared Spectroscopy 18 2.2.3. Scanning Electron Microscopy 20

2.2.4. Thermogravimetry Analysis 21

2.4. Kualitas Air 23

2.4.1. pH 24

2.4.2. Total padatan terlarut 23

2.4.3. Total padatan tersuspensi 25

2.4.4. Kekeruhan 26

2.5. Adsorben 26

2.5.1. Adsorben 26

2.5.2. Arang aktif cangkang kelapa sawit 29

2.6. Adsorpsi 31

BAB 3. METODE PENELITIAN

3.1. Alat 34

3.2. Bahan 35

3.3. Prosedur Penelitian 35

3.3.1. Preparasi mikrobentonit 35

3.3.2. Karakterisasi mikrobentonit 36

3.3.3. Pembuatan arang aktif 36

3.3.4. Karakterisasi arang aktif 37

3.3.4.1 Kadar air 37

3.3.4.2 Kadar abu 37

3.3.4.3 Daya serap iodin 38

3.3.5. Pembuatan komposit 38

3.3.6. Karakterisasi komposit 39

3.3.7. Persiapan sampel air sungai 39

3.3.8. Penyaringan air sungai 40

3.3.9. Analisa parameter air 40

3.3.9.1 pH 40

3.3.9.2 Penetapan kadar total padatan terlarut 41 3.3.9.3 Penetapan kadar total padatan tersuspensi 41

3.3.9.4 Penetapan kekeruhan 41

3.4. Bagan Penelitian 42

3.4.1. Preparasi bentonit 42

3.4.2. Pembuatan arang aktif 43

3.4.3. Pembuatan komposit 44

3.4.4. Penyaringan air 45

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Preparasi Bentonit 46

4.2. Karakterisasi Bentonit 46

4.3. Pembuatan Arang Aktif 48

4.4.1. Penetapan kadar air 49

4.4.2. Penetapan kadar abu 50

4.4.3. Daya serap iodium 51

4.5. Sintesis Busa Poliuretan 52

4.6. KarakterisasiPoliuretan dengan Spektroskopi Fourier

Transform Infrared 54

4.7. Karakterisasi Komposit dengan Scanning Electron Microscopy 56 4.8. Karakterisasi Komposit dengan Thermogravimetric Analyisis 58

4.9. Analisis Air 61

4.9.1. pH 61

4.9.2. Total padatan terlarut 62

4.9.3. Total padatan tersuspensi 64

4.9.4. Kekeruhan 65

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan 68

5.2. Saran 68

DAFTAR PUSTAKA 69

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel 2.1 Daerah serapan inframerah 20

Tabel 2.2 Syarat mutu arang aktif berdasarkan Standar Nasional

Indonesia (SNI) Nomor 06-3730 Tahun 1995 ₃₂

Tabel 3.1 Alat - alat penelitian 34

Tabel 3.2 Bahan - bahan penelitian 35

Tabel 3.3 Kode sampel arang aktif cangkang kelapa sawit 36

Tabel 3.4 Kode sampel komposit 39

Tabel 4.1 Nilai sudut 2θ dari montmorilonit 48

Tabel 4.2 Hasil karakterisasi arang aktif cangkang kelapa sawit 48

Tabel 4.3 Pita serapan spektrum FTIR polipropilen glikol (PPG) 55

Tabel 4.4 Pita serapan spektrum FTIR toluen diisosianat (TDI) 55

Tabel 4.5 Pita serapan spektrum FTIR busa poliuretan (PU) 56

Tabel 4.6 Persen kehilangan berat komposit 60

Tabel 4.7 Hasil analisis pH air sungai 62

Tabel 4.8 Hasil analisis kadar total zat padat terlarut 63

Tabel 4.9 Hasil analisis kadar total padatan tersuspensi 65

Tabel 4.10 Hasil analisis kekeruhan 67

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar 2.1 Struktur isomer a) toluen diisosianat dan b) metilen

difenildiisosianat ₁₂

Gambar 2.2 Struktur molekul polipropilen glikol (PPG) 14

Gambar 2.3 Difraksi sinar-Xpada kristal 17

Gambar 2.4 Struktur molekul mineral monmorillonit 27

Gambar 3.1 Sistem penyaringan air dengan komposit 40

Gambar 4.1 Difraktogram bentonit alam asal Bener Meriah, Aceh 47

Gambar 4.2 Kadar air arang aktif cangkang kelapa sawit 49

Gambar 4.3 Kadar abu arang aktif cangkang kelapa sawit 50

Gambar 4.4 Daya serap arang aktif cangkang kelapa sawit terhadap

iodin 51

Gambar 4.5 Hasil reaksi sintesis busa poliuretan 53

Gambar 4.6 Spektrum FTIR dari a) polipropilen glikol; b) toluen

diisosianat dan c) busa poliuetan 54

Gambar 4.7 Foto SEM a) busa poliuretan (PU); b) komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit 25% (PU-B25%); dan

c) komposit busa poliuretan dengan arang aktif 25%

(PU-A25%) pembesaran 50X dan 500X. 57

Gambar 4.8 Termogram TGA busa poliuretan (PU); komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit 25% (PU-B25%) dan

komposit busa poliuretan dengan arang 25% (PU-A25%) 59

Gambar 4.9 Nilai pH air sungai hasil penyaringan 61

Gambar 4.10 Kadar total padatan terlarut air sungai hasil penyaringan 63

Gambar 4.11 Kadar total padatan tersuspensi air sungai hasil

penyaringan 64

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul _Halaman

Lampiran A.1 Difraktogram bentonit asal Bener Meriah, Aceh 75

Lampiran A.2 Spektrum FTIR polipropilen glikol (PPG) 75

Lampiran A.3 Spektrum FTIR toluen diisosianat (TDI) 76

Lampiran A.4 Spektrum FTIR busa poliuretan (PU) 76

Lampiran A.5 Hasil foto SEM busa poliuretan (PU) pada

pembesaran a) 50X dan b) 500X ₇₇

Lampiran A.6 Hasil foto SEM komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit 25% (PU-25%

77 ) pada pembesaran a) 50X dan b) 500X

Lampiran A.7 Hasil foto SEM komposit busa poliuretan dengan arang aktif cangkang kelapa sawit 25% (PU-A25%

77 )

pada pembesaran a) 50X dan b) 500X

Lampiran A.8 Termogram busa poliuretan (PU) 78

Lampiran A.9 Termogram komposit busa poliuretan dengan

mikrobentonit 25% (PU-B25%) 78

Lampiran A.10 Termogram komposit busa poliuretan dengan arang aktif 25% (PU-A25%)

Lampiran B.1 Hasil penetapan kadar air arang 80

Lampiran B.2 Hasil penetapan kadar abu arang 81

Lampiran B.3 Hasil standarisasi larutan Natrium tiosulfat 0,1 N 82

Lampiran B.4 Hasil standarisasi larutan iodium 0,1 N 82

Lampiran B.5 Hasil penetapan daya serap arang aktif terhadap

larutan iodium ₈₃

Lampiran C.1 Pengolahan bentonit alam Kabupaten Bener Meriah,

Aceh menjadi mikrobentonit 85

Lampiran C.3 Komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit dan

arang aktif cangkang kelapa sawit 87

Lampiran C.4 Lokasi pengambilan sampel air Sungai 87

Lampiran C.5 Proses penyaringan sampel air sungai menggunakan

komposit dengan metode kolom 88

DAFTAR SINGKATAN

DAS : Daerah Aliran Sungai

DMEA : Dimethylethanolamine

FTIR : Fourier Transform Infrared Spectroscopy

JCPDS : Join Committee On Difraction Standarts

MC : Methylene Chloride

NTU : Nephelometric Turbidy Unit

PPG : Polipropilen Glikol

PU : Poliuretan

SEM : Scanning Electron Microscopy

SNI : Standar Nasional Indonesia

TDI : Toluen Diisosianat

TDS : Total Dissolved Solid

TGA : Thermogravimetric Analisis

TSS : Total Suspended Solid