PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PAHAE MODIFIKASI SEBAGAI FILTER UAP AIR PADA PROSES ELEKTROLISA
TESIS
Oleh
FYNNISA ZEBUA 137026005 / FIS
PROGRAM PASCA SARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2015
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PAHAE MODIFIKASI SEBAGAI FILTER UAP AIR PADA PROSES ELEKTROLISA
TESIS
Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana
Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara
Oleh
FYNNISA ZEBUA 137026005 / FIS
PROGRAM PASCA SARJANA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2015
PENGESAHAN TESIS
Judul Tesis : PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PAHAE MODIFIKASI SEBAGAI FILTER UAP AIR PADA PROSES ELEKTROLISA
Nama Mahasiswa : FYNNISA ZEBUA Nomor Induk Mahasiswa : 137026005
Program Studi : Magister Ilmu Fisika
Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Universitas Sumatera Utara
Menyetujui, Komisi Pembimbing
Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc
Ketua Anggota
Dr. Susilawati, M.Si
Ketua Program Studi, Dekan FMIPA USU,
Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc
Nip. 19550706 198102 1 002 Nip. 19631026 199103 1 001 Dr. Sutarman, M.Sc
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PAHAE MODIFIKASI SEBAGAI FILTER UAP AIR PADA PROSES ELEKTROLISA
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, Juli 2015
Nim. 137026005 FYNNISA ZEBUA
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Sebagai civitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Fynnisa Zebua
NIM : 137026005
Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberi kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non-Exclusive Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul :
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PAHAE MODIFIKASI SEBAGAI FILTER UAP AIR PADA PROSES ELEKTROLISA
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas Royalti Non-Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara Berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasi tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, Juli 2015
Nim. 137026005 Fynnisa Zebua
Telah diuji pada
Tanggal : 29 Juni 2015
PANITIA PENGUJIAN TESIS
Ketua : Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc Anggota : 1. Dr. Susilawati, M.Si
2. Prof.Dr. Eddy Marlianto, M.Sc 3. Prof.Drs. M. Syukur, MS 4. Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc 5. Drs. Junaidi Ginting, M.Si
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADI
Nama Lengkap Berikut Gelar : Fynnisa Zebua, S.Si
Tempat dan Tanggal Lahir : Lhokseumawe, 26 September 1991 Alamat Rumah : Jl. Batangkuis, Gg.Sumber,
Lrg.Mawar,Tg.Morawa No Hp/Pin BB : 081397067148/7E7B2C93
E-mail : fynnisa@yahoo.co.id
Instansi Tempat Bekerja : -
Alamat Kantor : -
DATA PENDIDIKAN
SD : Negeri 105855 PTPN II Tanjung Morawa Tamat : 2003 SMP : Swasta Bersubsidi Tanjung Morawa Tamat : 2006 SMA : Negeri 1 Tanjung Morawa Tamat : 2009 Strata-1 : FMIPA Universitas Negeri Medan Tamat : 2013 Strata-2 : FMIPA Universitas Sumatera Utara Tamat : 2015
i
KATA PENGANTAR
Alhamdulillahirabbil’alamin. Puji syukur dipanjatkan ke hadirat Allah swt atas limpahan rahmat, hidayah dan karunia-nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan dengan judul “Pemanfaatan Zeolit Alam Pahae Modifikasi sebagai Filter Uap Air pada Proses Elektrolisa”.
Begitu banyak dukungan, motivasi, perhatian, dan bantuan yang didapatkan selama penyusunan Tesis ini berlangsung. Oleh karena itu, dengan penuh kerendahan hati, diucapkan terima kasih kepada :
1. Rektor Universitas Sumatera Utara atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister.
2. Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, M.Sc, atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng,Sc, Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh Staf Pengajar pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara.
4. Dr. Tulus Ikhsan Nasution, M.Sc selaku Pembimbing Utama yang dengan penuh semangat dan kesabaran memberikan ide kreatif, motivasi, dorongan, bimbingan dan arahan dalam menyelesaikan Tesis ini. Dan terima kasih yang tak terhingga diucapkan karena telah mengajari dan menuntun dalam menulis paper dan diberikan kesempatan untuk dapat bergabung di TOP USU.
5. Dr. Susilawati, M.Si selaku Pembimbing Lapangan yang selalu bersedia meluangkan waktu dan pikiran yang sangat berharga untuk memberikan motivasi, bimbingan, masukan, dan arahan dalam menyelesaikan Tesis ini. Dan terima kasih yang tak terhingga diucapkan karena selalu ada disaat kesulitan.
ii
6. Prof.Dr.Eddy Marlianto, M.Sc., Prof.Drs.M.Syukur, MS., Dr.Nasruddin MN,M.Eng.Sc yang bersedia menjadi Dewan Penguji dan Penilai Tesis sekaligus memberikan masukan, koreksi, dan arahan untuk menjadikan Tesis ini lebih baik lagi.
7. Secara khusus penghargaan, rasa hormat, rasa sayang, dan terima kasih yang tak terhingga disampaikan kepada kedua orang tua, Saparuddin Zebua dan Rapasah yang telah membesarkan, mendidik, memberikan dukungan, motivasi, semangat, dan selalu mendoakan untuk dapat menyelesaikan Tesis ini. Terima kasih Ayah dan Mama.
8. Untuk adik-adik yang disayangi, Bimasa Zebua, Hatta Maulanasa Zebua dan Fadilla Sa’adha Zebua terima kasih atas semua bantuan, motivasi dan perhatiannya untuk Kakak. Terima kasih adik-adik kakak.
9. Terima kasih Penulis ucapkan kepada Fitri, Komting (Iqbal), Iqbal, Fatur, Balian, TOP USU, teman-teman Pascasarjana Fisika USU angkatan 2013, dan teman-teman yang tidak dapat dicantumkan disini atas semua bantuan, motivasi, dan perhatiannya.
Disadari bahwa Tesis ini masih jauh dari sempurna. Oleh sebab itu, saran dan kritik yang membangun sangat diharapkan. Akhir kata, semoga Tesis ini bisa memberikan manfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan dan menjadi sesuatu karya yang memberi dampak positif dalam penggunaannya.
Medan, Juli 2015
Nim. 137026005 Fynnisa Zebua
iii
PEMANFAATAN ZEOLIT ALAM PAHAE MODIFIKASI SEBAGAI FILTER UAP AIR PADA PROSES ELEKTROLISA
ABSTRAK
Filter uap air berbasis zeolit alam pahae telah berhasil dibuat dengan menuangkan serbuk zeolit alam pahae ke dalam larutan 6% H2SO4 dan diikuti dengan pemanasan 7000C, 8000C, and 9000C. Untuk meningkatkan adsorpsi filter uap air zeolit, kulit kakao digunakan sebagai filler. Untuk memperkuat ikatan antara matrik dan filler, clay dicampurkan dengan zeolit dan kulit kakao. Ini menyebabkan, uap air yang berasal dari proses elektrolisa dapat difilter. Filter berbasis zeolit+kulit kakao+clay memiliki persentase porositas tertinggi ketika diaktivasi pada suhu 7000C . Sifat kekerasan terbaik diperlihatkan filter berbasis zeolit+clay yang diaktivasi pada suhu 9000C. Hasil SEM-EDX menunjukkan filter berbasis zeolit dan filter berbasis zeolit+kulit kakao+clay memiliki topografi yang sama dan filter uap air ini termasuk kedalam golongan zeolit silika sedang. Uji adsorpsi dan life time terbaik diperlihatkan pada filter berbasis zeolit+kulit kakao+clay yang diaktivasi pada suhu 7000C.
iv
UTILIZATION OF NATURAL PAHAE ZEOLITE MODIFICATION AS WATER VAPOUR FILTER IN THE PROCESS OF ELECTROLYSIS
ABSTRACT
The water vapour filter based on natural pahae zeolite has been succesfully
manufactured by pouring the zeolit powder in 6 % H2SO4 solution and followed
by heating it at 7000C, 8000C, and 9000C respectively. To improve the water
vapour filter absorbility of zeolite, rind cocoa was used as filler. Whole to increase the chemical bonding between the matrik and filler, the clay was mixed with zeolite and rind cocoa. In this case, water vapour filtered come from an electrolysis process. The filter based on zeolite+rind cocoa+clay has highest
porosity percentage when activated at 7000C. The best hardness has been shown
by the filter based on zeolite+clay when activated at 9000C. The SEM results
showed that the filter based on zeolite and zeolite+rind cocoa+clay have same topography whole EDX result showed that this water vapour filter is intermediate zeolite. The best adsorption capacity and life time have been shown filter based on
zeolite+rind cocoa+clay when activated at 7000C.
v DAFTAR ISI KATA PENGANTAR i ABSTRAK iii ABSTRACT iv DAFTAR ISI v
DAFTAR TABEL viii
DAFTAR GAMBAR ix DAFTAR LAMPIRAN xi BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 4 1.3 Batasan Masalah 4 1.4 Tujuan Penelitian 5 1.5 Manfaat Penelitian 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA 6
2.1 Zeolit 6
2.1.1 Karakteristik Kerangka Zeolit 10 2.1.2 Sifat Fisik dan Kimia Zeolit 11
2.2 Teori Adsorpsi 12 2.3 Kulit Kakao 13 2.4 Lempung (clay) 15 2.5 Elektrolisis Air 16 2.6 Pengujian 17 2.6.1 Porositas 17 2.6.2 Sifat Mekanik 18 2.6.1.1 Kekerasan 18 2.6.3 SEM-EDX 19
vi
BAB III METODE PENELITIAN 21
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian 21
3.1.1 Waktu Penelitian 21
3.1.2 Tempat Penelitian 21
3.2 Alat dan Bahan 21
3.2.1 Alat Penelitian 21
3.2.2 Bahan Penelitian 21
3.3 Prosedur Penelitian 22
3.3.1 Proses Pengolahan Zeolit Alam Pahae 22 3.3.2 Proses Pengolahan Lempung (Clay) 22 3.3.3 Proses Pengolahan Kulit Kakao 23
3.3.4 Pembuatan Komposit 23
3.4 Pengujian 24
3.5 Diagram Alir Penelitian 26
3.5.1 Diagram Alir Penelitian Tahap I 26 3.5.2 Diagram Alir Penelitian Tahap II . 27
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 28
4.1 Hasil Uji Sifat Fisis (Porositas) Filter Komposit Uap Air 28 4.2 Hasil Uji Mekanik (Kekerasan) Filter Komposit Uap Air 29 4.3 Hasil Karakterisasi Filter Komposit Uap Air 30 4.3.1 Hasil Karakterisasi Filter Komposit Uap Air
menggunakan Scanning Electron Microscope
(SEM) 30
4.3.2 Hasil Karakterisasi Filter Komposit Uap Air
menggunakan Energy Dispersive X-ray Spectrometer
(EDX) 32
4.4 Hasil Uji Adsorpsi Uap Air 35
vii
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 42
5.1 Kesimpulan 42
5.2 Saran 43
DAFTAR PUSTAKA 44
viii
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel Judul Halaman
2.1 Selektivitas Adsorbat Terhadao Jenis Zeolit 7 2.2 Klasifikasi Zeolit Berdasarkan Rasio Si/Al 9
2.3 Stabilitas Zeolit Terhadap Suhu 9
2.4 Komposisi Zeolit Alam 11
2.5 Karakteristik Zeolit 11
2.6 Komposisi Buah Kakao 15
2.7 Komposisi Kulit Kakao Pada Basis Kering 15
3.1 Komposisi Pencampuran Komposit 23
4.1 Data Hasil Uji Porositas Filter Uap Air
Berbasis Zeolit Alam Pahae Modifikasi 28
4.2
Data Hasil Uji Mekanik (Kekerasan) Filter Uap Air Berbasis Zeolit Alam Pahae Modifikasi
ix
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar Judul Halaman
2.1 Struktur Zeolit 10
2.2 Struktur Kerangka Zeolit 10
2.3 Ciri Anatomis Buah Kakao 14
2.4 Pod Kakao 14
2.5 Skema Air Menjadi Konverter Hidrogen 16
2.6 Zeolit Teraktivasi Fisika 20
3.1 Diagram Alir Penelitian Tahap I 26
3.2 Diagram Alir Penelitian Tahap II 27
4.1.a
Morfologi Flter Uap Air Berbasis Zeolit Alam Pahae Yang Diaktivasi Pada Suhu 7000C Dengan Perbesaran 250 Kali
30
4.1.b
Morfologi Flter Uap Air Berbasis Zeolit Alam Pahae Yang Diaktivasi Pada Suhu 7000C Dengan Perbesaran 750 Kali
31
4.2.a
Morfologi Flter Uap Air Berbasis Zeolit+Kulit Kakao+Clay Yang Diaktivasi Pada Suhu 7000C Dengan Perbesaran 250 Kali
31
4.2.b
Morfologi Flter Uap Air Berbasis Zeolit+Kulit Kakao+Clay Yang Diaktivasi Pada Suhu 7000C Dengan Perbesaran 750 Kali
32
4.3
Hasil Uji EDX Filter Uap Air Berbasis Partikel Zeolit Alam Pahae Yang Diaktivasi Pada Suhu 7000C
33
4.4
Hasil Uji EDX Filter Uap Air Berbasis Zeolit+ Kulit Kakao+Clay Yang Diaktivasi Pada Suhu
x
4.5 Hasil Pembacaan Sensor Hidrogen Pada Filter
Berbasis Zeolit 36
4.6 Hasil Pembacaan Sensor Hidrogen Pada Filter
Berbasis Zeolit+Kulit Kakao 37
4.7 Hasil Pembacaan Sensor Hidrogen Pada Filter
Berbasis Zeolit+Clay 37
4.8 Hasil Pembacaan Sensor Hidrogen Pada Filter
Berbasis Zeolit+Kulit Kakao+Clay 38 4.9 Hasil Pengujian Life Time Tanpa Filter Uap Air 39 4.10 Hasil Pengujian Life Time Untuk Filter Uap Air
Berbasis Zeolit 40
4.11 Hasil Pengujian Life Time Untuk Filter Uap Air
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran Judul Halaman
A Data Pengujian Porositas L-1
B Data Pengujian Kekerasan L-2
C Hasil Pengujian Adsorpsi Filter Uap Air L-3 D Hasil Pengujian Life Time Filter Uap Air L-10
E Preparasi Zeolit Alam Pahae L-16
F Preparasi Kulit Kakao L-17
G Preparasi Lempung (Clay) L-18
H Pembuatan Komposit Filter Uap Air L-19
I Pengujian Filter Uap Air L-20
J Surat Keterangan Telah Melakukan Penelitian di
