BAB III PERCOBAAN III.1. DIAGRAM ALIR PERCOBAAN. 17 Ibnu Maulana Yusuf

(1)

BAB III

PERCOBAAN

III.1. DIAGRAM ALIR PERCOBAAN

Gambar 3.1. Skema proses pembuatan filter air dari karbon serbuk

dan pasir silika

Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

(2)

III.2. TAHAP PERSIAPAN

Pada tahap persiapan, proses-proses yang dilakukan meliputi pengayakan untuk mendapatkan serbuk karbon atau pasir silika dengan ukuran ≤ 106μm, pembuatan larutan aditif dari campuran antara PVA dan PEG 400, proses granulasi, dan pembuatan larutan KMnO4 untuk proses aktivasi filter silika.

III.2.1. Pengayakan Bahan Baku (Material Sieving)

Dari hasil penelitian sebelumnya[3] diperoleh data bahwa filter yang terbuat dari serbuk dengan ukuran 106–212 μm memiliki formability yang rendah dan produk yang dihasilkan lebih mudah hancur jika dibandingkan dengan pemakaian serbuk berukuran ≤106 μm. Dengan pertimbangan tersebut, pada penelitian ini dipergunakan serbuk dengan ukuran ≤106 μm. Serbuk karbon maupun pasir silika yang diperoleh dari penjual, memiliki ukuran yang beragam sehingga untuk mendapatkan serbuk dengan ukuran ≤106 μm, dilakukan pengayakan (sieving).

Gambar 3.2. Mesin pengayak yang terdapat di Lab. Material Proses

Teknik Fisika ITB.

(3)

III.2.2. Pembuatan Larutan Aditif

Dalam pemrosesan keramik, aditif memiliki peran yang sangat penting, terutama pada pemrosesan yang bertujuan untuk mendapatkan sifat-sifat tertentu. Pada penelitian ini, proses pembuatan aditif dilakukan dengan cara mencampurkan binder PVA, plasticizer PEG 400, dan aquades dengan perbandingan berat masing-masing 1:1:2. Campuran tersebut kemudian diaduk dan dipanaskan pada temperatur ~80oC selama dua jam sampai membentuk gel.

Gambar 3.3. Pembuatan larutan aditif: (a) PVA dan PEG 400,

(b) Aquades, dan (c) Larutan aditif dalam bentuk gel.

(4)

III.2.3. Pembuatan Granul

Larutan aditif yang telah berbentuk gel dicampurkan dengan serbuk karbon atau silika sehingga membentuk adonan. Untuk menghasilkan campuran yang homogen dan mudah diaduk, adonan tersebut dibentuk menjadi slurry dengan menambahkan air. Perbandingan komposisi berat antara karbon atau silika dengan aditif dibuat dalam lima variasi komposisi, sebagaimana ditunjukkan pada tabel berikut,

Tabel 3.1. Variasi Komposisi Berat Material terhadap Aditif Variasi Komposisi (%w) Material

I II III IV V

Karbon/ Silika 80 75 70 65 60

PVA–PEG 400 20 25 30 35 40

Proses pembuatan granul dilakukan dengan metode ekstrusi sehingga campuran material dan aditif harus bersifat plastis. Campuran yang semula berbentuk

slurry, dipanaskan menggunakan oven untuk menurunkan kadar airnya sehingga

berubah menjadi plastis dengan kadar air 15–25 %. Selanjutnya adonan plastis tersebut dimasukkan ke dalam mesin pencacah daging untuk diekstrusi. Hasil proses ekstrusi yang berbentuk seperti sphagetti dengan diameter 5mm, dipotong-potong dengan panjang berkisar antara 3–8 mm.

Gambar 3.4. Proses ekstrusi granul: (a) Ekstruder, dan (b) Granul yang dihasilkan.

(5)

III.2.4. Pembuatan Larutan KMnO4

KMnO4 merupakan senyawa oksidator kuat yang banyak dipergunakan

sebagai oksidator logam-logam yang terlarut di dalam air. Filter silika yang dibuat pada penelitian ini, diaktivasi menggunakan KMnO4 [0,003 M]. dibuat

dengan cara melarutkan ~0,5 gram KMnO4 (Mr 158,04 g/mol) ke dalam satu

liter aquades. Setelah KMnO4 larut merata ke dalam air dan membentuk cairan

berwarna ungu-muda, larutan tersebut siap digunakan untuk mengaktivasi filter.

Gambar 3.5. KMnO4 sebelum (a), dan setelah (b) dilarutkan dalam air. [http://en.wikipedia.org]

III.3. TAHAP PEMBENTUKAN (Forming)

Proses pembentukan yang dipilih adalah pressing dengan pertimbangan bahwa produk yang dibuat memiliki bentuk yang sederhana dengan penampang yang seragam. Selain itu, produk yang dibuat diharapkan memiliki harga kompaksi yang tinggi sehingga sifat mekaniknya meningkat. Pada proses yang dilakukan, granul-granul yang dibuat melalui ekstrusi dimasukkan ke dalam dies sambil digetar-getarkan untuk meningkatkan filling density. Kemudian proses

pressing dilakukan menggunakan alat hydraulic-pressing dengan tekanan antara

9,8–10 MPa.

(6)

Gambar 3.6. Proses pressing menggunakan alat hydraulic-pressing

milik Balai Besar Keramik–Bandung.

Gambar 3.7. Mekanisme kompaksi yang terjadi pada uniaxial-pressing. [www.bioceramics.uni-bremen.de]

(7)

Gambar 3.8. Produk hasil pressing: (a) Filter karbon, dan

(b) Filter silika.

III.4. TAHAP PENGERINGAN DAN PEMBAKARAN (Drying and Firing) Tahap berikutnya setelah proses pembentukan adalah pengeringan dan pembakaran. Proses pengeringan diawali dengan dibiarkan di udara terbuka selama 1 hari, untuk memastikan pengeringan yang terjadi berlangsung secara merata. Pengeringan selanjutnya, dilakukan dengan menggunakan tungku pada temperatur sekitar 60oC selama 1jam. Kemudian dilakukan pembakaran dengan menaikkan temperatur tungku menjadi ~200oC. Proses pembakaran dilakukan selama 5jam, setelah itu dibiarkan mendingin di dalam tungku.

Gambar 3.9. Pengeringan dan pembakaran filter.

(8)

III.5. PENGUJIAN DAN KARAKTERISASI

Pengujian dilakukan untuk mengetahui efektivitas filter dan kekuatan mekanik dari filter tersebut. Efektivitas filterisasi menunjukkan performansi filter dalam mengadsorpsi kontaminan-kontaminan yang terlarut dalam air, dengan cara membandingkan kualitas air sebelum dan setelah difilterisasi. Kekuatan mekanik, dalam hal ini kekuatan lentur menunjukkan kemampuan filter dalam menahan pembebanan yang mungkin terjadi pada saat instalasi, backwashing, dan akibat aliran fluida.

III.5.1. Pengujian (Testing)

A. Pengujian Efektivitas Filterisasi

Sampel produk yang dipergunakan untuk pengujian efektivitas filterisasi, memiliki alas berbentuk persegi dengan ukuran 60 x 60 mm2 dan tinggi 15 mm. Sampel untuk pengujian efektivitas filter diperlihatkan pada gambar 3.9.

Gambar 3.10. Sampel untuk pengujian efektivitas filterisasi: (a) Karbon-aktif,

dan (b) Silika-aktif.

Filterisasi dilakukan dengan cara memasang sampel filter pada alat bantu yang terbuat dari bahan akrilik. Dimensi-ruang akrilik dibuat lebih luas dibandingkan sampel untuk mempermudah pemasangan atau penggantian sampel. Untuk menghindari breakthrough, celah antara akrilik dengan sampel ditutup dengan lilin mainan (wax). Air yang dipergunakan untuk menguji filter adalah air sawah yang berasal dari kompleks perumahan Griya Bandung Asri.

(9)

Gambar 3.11. Pengujian efektivitas filterisasi.

B. Pengujian Kekuatan Lentur Filter

Dimensi sampel untuk pengujian kuat-lentur dibuat dengan ukuran, panjang 150 mm, lebar 20 mm, dan tebal 10 mm. Pengujian dilakukan dengan pembebanan three-point bending. Pembebanan pada pengujian kuat- lentur dilakukan secara manual dengan penambahan beban perlahan-lahan.

Gambar 3.12. Sampel uji kekuatan lentur: (a) Karbon-aktif,

dan (d) Silika-aktif.

(10)

Gambar 3.13. Pengujian kuat-lentur filter.

III.5.2. Karakterisasi (Characterization)

A. Luas Permukaan Spesifik (metode BET)[20]

Karakterisasi luas permukaan spesifik dilakukan menggunakan metode BET (Brunauer, Emmett, dan Teller), berdasarkan standard ASTM C 819–77 untuk specific surface area of carbon or graphite. Sampel uji berupa serbuk karbon dan pasir silika dari hasil pengayakan.

Gambar 3.14. Alat karakterisasi BET.

(11)

B. Scanning Electron Microscope (SEM)

Karakterisasi menggunakan SEM dilakukan untuk mengetahui ukuran pori-pori dan struktur permukaan filter. Sampel yang dikarakterisasi adalah sampel dalam bentuk bulk, hasil pemotongan sampel yang telah dibakar.

Gambar 3.15. Alat karakterisasi SEM/ EDS. [www.mos.org]