FIS

PEMBUATAN KERAMIK BERPORI SEBAGAI FILTER GAS BUANG DENGAN ADITIF KARBON AKTIF

TESIS

Oleh TIAR DELIMAWATI TAMBUNAN 067026024/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008

Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

PEMBUATAN KERAMIK BERPORI SEBAGAI FILTER GAS BUANG DENGAN ADITIF KARBON AKTIF

TESIS Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Fisika pada Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara

Oleh TIAR DELIMAWATI TAMBUNAN 067026024/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2008


Judul Tesis

:

Nama Mahasiswa Nomor Pokok Program Studi

: : :

PEMBUATAN KERAMIK BERPORI SEBAGAI FILTER GAS BUANG DENGAN ADITIF KARBON AKTIF Tiar Delimawati Tambunan 067026024 Fisika

Menyetujui Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc) Ketua

(Drs. Anwar Dharma Sembiring, MS) Anggota

Ketua Program Studi,

Direktur,

(Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.)

(Prof.Dr.Ir.T.Chairun Nisa B, M.Sc)

Tanggal Lulus

: 24 juni 2008


Telah diuji pada Tanggal

: 24 Juni 2008

PANITIA PENGUJI TESIS Ketua

: Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc.

Anggota

: 1. Drs. Anwar Dharma Sembiring, MS 2. Prof. H. Muhammad Syukur, MS 3. Dr. Marhaposan Situmorang 4. Drs. Ferdinan Sinuhaji, M.Si 5. Drs. Tenang Ginting, MS


ABSTRAK Telah dilakukan penelitian tentang pembuatan keramik berpori sebagai filter gas buang kendaraan bermotor dengan aditif karbon aktif, dan pembakaran pada suhu 1100º C. Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa terdapat korelasi yang signifikan antara pertambahan karbon aktif dengan daya absorbsi keramik berpori.Keramik dibuat dengan bahan dasar kaolin, clay, feldspar, dan kuarsa yang semuanya dari daerah setempat, keramik dibuat dengan metode slip casting, dan pembakaran pada suhu 1100º C. Keramik berpori yang terbentuk adalah keramik berpori dengan ukuran susut bakar sebesar1,96% s/d 3,59%, porositas antara 35,54% s/d 63,30%, densitas 1,36 gr/cm3 s/d 0,70 gr/cm3, kekerasan 140 kgf/mm2 s/d 86 kgf/mm2, kekuatan tekan 11,48 x 105 s/d 0,88 x 105 Pa, serta dapat mengabsorbsi CO sebesar 14% s/d 27,65%, CO2 sebesar 7,85% s/d 26,09%,dan HC 0,31% s/d 15,11%. Kata kunci : Metode slip casting, karbon aktif, keramik berpori, absorbsi.

i Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

ABSTRACT A research has done its about to fabricatied the porous ceramics aplicated as exaust gas filter with active carbon as aditif and furnace at 1100º C. The values shown there,s a significant corresponding between active carbon with the absorbstion. The rute materials for making ceramics are caolin, clay, feldspar, and quartzs, they all came from native materials, and its used slip casting method, then burned in temperature 1100º C .The porous ceramic,s characteristic are burned shrinking 1,96% - 3,59%, porosity 35,54% - 63,30%, density 1,36 gr/ cm3 – 0,70 gr/cm3, hardness 140 kgf/mm2 – 86 kgf/mm2, strength pressure 11,48 – 0,88 x 105 Pa, and the absorbtion of CO is 14% - 27,65%, CO2 7,85% -26,09%, HC 0,31% - 15,11% Key words : Slip casting method, active carbon, porous ceramics, absorbtion.

ii Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Bapa di surga karena kemurahan dan kasih karuniaNya penulis dapat menyelesaikan penulisan tesis ini. Pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan rasa terimakasih yang sebesar-besarnya kepada : Pemerintah Provinsi Sumatera Utara c/q. BAPEDA PROVSU yang telah memberikan kesempatan kepada penulis mengecap pendidikan S-2. Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Chairuddin P. Lubis, DTM&H, Sp.AK, Direktur Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Ir. Chairun Nisa, M.Sc, atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains. Ketua Program Studi Magister Fisika, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc, Sekretaris Program Studi Magister Fisika, Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc beserta seluruh staf edukatif dan administratif pada Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara. Pembimbing Utama, Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc dan Pembimbing Lapangan Drs. Anwar Darma Sembiring M.Si yang telah memberikan arahan dan motivasi yang sangat berarti bagi penulis untuk menyelesaikan penelitian ini. Kepada Bp.Drs.Eidi Sihombing MS, yang banyak membantu memberikan masukan dalam melaksanakan penelitian ini. Kepada Bp. P.Sitindaon, Kepala Balai Logam, Bp. Nurdin Bukit, MS Kepala Laboratorium Fisika Unimed, Bp. Prof. DR.Azward Manaf, Kepala lab. MIPA UI Depok, Bp.Sudarto WaKa Bengkel AUTO 2000 Gatot Subroto, Bp.Manalu Kades Naga Timbul Kec. Parmonangan TAPUT, Bpk. Aman Batubara, pemandu jalan desa Batu Nanggor, Sdr. Larry yang turut dalam pencarian bahan penelitian. Terimakasih atas segala bantuannya. Ibunda Ny MT Tambunan, D.br.Panjaitan, terimakasih karena telah menanamkan prinsip-prinsip hidup yang baik, dan telah menjadi pendorong untuk menjadi yang lebih baik. iii Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

Kepada Bp. Riko Marbun, suami saya tercinta yang mendorong dan turut dalam pencarian bahan penelitian, serta banyak memberi keleluasaan demi terlaksananya penelitian ini. Dan kepada Anakanda Rima Sabtine, Dwita Soave, Tabitha Aquila, yang dengan penuh pengertian dan antusias menanti selesainya penelitian ini, dan kepada seluruh keluarga besar Marbun dan Tambunan, terimakasih atas dukungan dan doanya. Kepada teman-teman satu tim yang bahu membahu saling memberi dorongan demi terselesaikannya penelitian ini, dan tidak lupa teman – teman angkatan 2006 terimakasih atas dukungan morilnya. Penulis menyadari tulisan ini masih jauh dari sempurna sehingga sangat diharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun dalam penyempurnaannya. Dan akhirnya semoga tesis ini bermanfaat bagi pembaca khususnya untuk Sekolah Pascasarjana Program Studi Magister Fisika Universitas Sumatera Utara.

Tiar Delimawati Tambunan

iv Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI Nama lengkap berikut gelar Tempat dan Tanggal lahir Alamat rumah Telp./HP e-mail Instansi Tempat Bekerja Alamat Kantor Telepon

: : : : : : : :

Tiar Delimawati. Tambunan Medan, 05 Oktober 1966 Jl. Pasar V Timur Blok VI No.8. Medan Estate 061- 7385689 / 06176312954 [email protected] SMA Negeri 20 Medan Jl.Besar Bagan Deli. Medan Belawan 061-6944495

DATA PENDIDIKAN SD SMP SMA Diploma -3 Strata-1 Strata-2

: : : : : :

SD Negeri 060879 SMP Negeri X Medan SMA Negeri 3 Medan IKIP Negeri Medan IKIP Negeri Medan Program Studi Magister Fisika Sekolah Pasca Sarjana USU Medan

TAMAT TAMAT TAMAT TAMAT TAMAT TAMAT

: : : : : :

1979 1982 1985 1988 1997 2008

v Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

DAFTAR ISI Halaman ABSTRAK................................................................................................................

i

ABSTRACT ................................................................................................................ii KATA PENGANTAR ……………………………………………………………..iii RIWAYAT HIDUP

…………………………………..…………………………..v

DAFTAR ISI ………………………………………………………………...........vi DAFTAR TABEL

…………………………………………………………...…..viii

DAFTAR GAMBAR DAFTAR LAMPIRAN

…………………………………………………………….ix …………………………………………………………..x

BAB I. PENDAHULUAN ……………………………………………………….1 1.1. Umum ……………………………………………………………………..1 BAB II. 2.1. 2.2. 2.3. 2.4. 2.5. 2.6

TINJAUAN PUSTAKA …………………………………………………4 Prinsip Dasar Keramik …………………………………………………6 Senyawa Keramik ………………………………………………………. 8 Bahan-bahan Keramik …………………………………………………….9 Keramik Berpori ………………………………………………………….15 Absorbsi …………………………………………………………………17 Pengukuran dan Analisa ……………………………………………….18 2.6.1 Penyusutan (shrinkage) ………………………………………...18 2.6.2 Porositas ………………………………………………………..19 2.6.3 Densitas ………………………………………...........................20 2.6.4 Kekerasan …………………………………………………........21 2.6.5 Analisa Kualitatif XRD ………………………………………..22 2.6.6 Uji Emisi Gas Buang …………………………………………...23

BAB III. METODE PENELITIAN ………………………………………………24 3.1. Tempat dan Waktu Penelitian …………………………………………..24 3.2. Alat dan Bahan …………………………………………………………24 3.2.1 Alat-Alat yang Dipergunakan …………………………………..24 3.2.2 Bahan-Bahan yang Dipergunakan ……………………………. 25 3.2.3 Prosedur Penelitian …………………………………………... 26 3.2.4 Variabel dan Parameter Penelitian ……………………..... 28 3.2.5 Alat Pengumpul Data Penelitian ………………………… 28 3.2.6 Pengolahan Bahan ……………………………………...... 29

vi Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

3.2.7 3.2.8 3.2.9 3.2.10

Pengukuran Volum dan Massa Sampel ……………......... 30 Pengukuran Porositas dan Densitas ……………………… 31 Pengujian Kekerasan dan Uji Tekan …………………….. 31 Analisa Kualitatif XRD ………………………………..

3.2.11

Uji Absorbsi Gas Buang……………………………………

31 BAB IV. 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. 4.7.

HASIL DAN PEMBAHASAN ……………………………………... Susut Massa ………………………………………………………. Susut Volum (susut bakar) …………………………………………. Densitas dan Porositas ……………………………………………… Kekuatan Tekan ………………………………………………………. Hasil Uji Kekerasan ……………………………………… ……….. Hasil Uji Absorbsi Gas Buang ………………………………………. Hasil Uji Analisa XRD ……………………………………………….

32 33 33 34 35 37 38 39 41

BAB V. KESIMPULAN DAN SARAN ……………………………..................... 45 5.1. Kesimpulan ……………………………………………………………. 45 5.2. Saran .......................................................................................................... 46 DAFTAR PUSTAKA ………………………………………………………….

vii Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

47

DAFTAR TABEL

Nomor

Judul

Halaman

3.1

Komposisi Bahan Dasar...................................................

26

4.1

Hasil Pengukuran Susut Massa .......................................

33

4.2

Hasil Pengukuran Susut Bakar .......................................

34

4.3

Hasil Pengukuran Densitas dan Porositas .......................

35

4.4

Hasil Uji Kekuatan Tekan ...............................................

37

4.5

Hasil Uji Kekerasan ........................................................

38

4.6

Hasil Uji Absorbsi Gas Buang ........................................

39

4.7

Hasil Analisa XRD Aditif 0% .........................................

42

4.8

Hasil Analisa XRD Aditif 5% ........................................

43

4.9

Hasil Analisa XRD Aditif 20% .......................................

44

viii Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Judul

Halaman

2.1

Difraksi Sinar X ............................................................

23

3.1

Diagram Alir Penelitian .............................................

27

4.1

Grafik Hubungan Antara Porositas dengan Aditif .........

36

4.2

Grafik Hubungan Antara Densitas dengan Aditif ..........

36

4.3

Grafik Hubungan Antara Kekerasan dengan Aditif .......

38

4.4

Grafik Hubungan Antara Absorbsi CO dengan Aditif ..

40

4.5

Grafik Hubungan Antara Absorbsi CO2 dengan Aditif...

40

4.6

Grafik Hubungan Antara Absorbsi HC dengan Aditif.....

41

4.7

Pola XRD Sampel Aditif 0 %........................................

41

4.8

Pola XRD Sampel Aditif 5 % .........................................

42

4.9

Pola XRD Sampel Aditif 20 % ......................................

43

ix Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor

J ud u l

Halaman

A

Tabel Hasil Analisa AAS Bahan Dasar .........................

49

B

Grafik Hasil XRD Bahan Dasar ....................................

50

C

Tabel Data Pengukuran Massa Sampel .........................

54

D

Tabel Data Pengukuran Diameter dan Tebal Sampel ...

58

E

Tabel Data Pengukuran Silinder ...................................

62

F

Tabel Data Pengukuran Volum Silinder ......................

64

G

Tabel Data Hasil Pengujian ...........................................

65

H

Regresi Porositas ...........................................................

66

I

Regresi CO ....................................................................

68

J

Regresi CO2

....................................................................................................

69

K

Regresi HC ....................................................................

70

L

Foto-Foto Dokumentasi ...............................................

71

M

Tecnomotor ..................................................................

73

x Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

BAB I PENDAHULUAN

1.1

UMUM Kesadaran masyarakat akan pencemaran udara akibat gas buang kendaraan

bermotor di kota-kota besar dewasa ini semakin tinggi. Di banyak kota besar, gas buang kendaraan bermotor menyebabkan ketidaknyamanan pada orang yang berada di tepi jalan dan menyebabkan masalah pencemaran udara pula. Di DKI Jakarta, kontribusi bahan pencemar dari kendaraan bermotor ke udara adalah sekitar 70 % (Tugaswati T. A, Suzuki, 1995) dan dari data Kementerian Lingkungan Hidup menyebutkan, polusi udara dari kendaraan bermotor bensin menyumbang 70 % karbon monoksida (CO), 100 % plumbum (Pb), 60 % hidrokarbon (HC), dan 60 % oksida nitrogen (NOX). Bahan-bahan pencemaran udara yang terdapat pada gas buang kendaraan bermotor seperti oksida-oksida sulfur dan nitrogen, partikulat-partikulat dan senyawasenyawa oksidan, menyebabkan iritasi pada mata maupun kulit dan radang pada saluran pernafasan. Juga terdapat sulfur oksida (SO2) yang dapat terabsorbsi di dalam hidung, saluran pernafasan dan saluran ke paru-paru, sedangkan nitrogen oksida (NO2) yang dapat mengganggu fungsi saluran pernafasan ( Tugaswati T.,2000). Mengingat luasnya akibat-akibat yang disebabkan oleh pencemaran yang diakibatkan oleh gas buang kendaraan bermotor tersebut maka terlintas keinginan untuk sekedar mengurangi pencemaran yang berasal dari gas buang kendaraan

1 Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

2

bermotor, yaitu dengan membuat semacam filter yang dibuat dari bahan keramik berpori yang ditempatkan pada knalpot kendaraan. Keramik pada awalnya berasal dari bahasa yunani keramikos yang artinya suatu bentuk dari tanah liat yang telah mengalami proses pembakaran (Keramik Wikimedia, 2008). Tetapi seiring kemajuan teknologi pengertian keramik terbaru mencakup semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat. Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Bahan baku keramik yang umum dipakai adalah kaolin, feldspar, clay, dan kuarsa. Sifat keramik sangat ditentukan oleh struktur kristal, komposisi kimia dan mineral bawaannya. Oleh karena itu sifat keramik juga tergantung pada lingkungan geologi dimana bahan diperoleh. Secara umum strukturnya sangat rumit dengan sedikit elektron-elektron bebas, kurangnya beberapa elekton bebas keramik membuat sebagian besar bahan keramik secara kelistrikan bukan merupakan konduktor dan juga menjadi konduktor panas yang jelek. Disamping itu keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibanding kekuatan tariknya. Sifat keporian dari bahan filter yang akan dibuat diperoleh dari bahan keramik itu sendiri juga dengan pemberian aditif karbon aktif. Karbon berpori atau yang lebih dikenal dengan nama karbon aktif digunakan secara luas sebagai adsorben dalam proses industri untuk menghilangkan sejumlah pengotor, terutama yang berhubungan dengan zat warna, pengolahan limbah, pemurnian air, obat-obatan, dan lain-lain.


3

Bahan baku utama dalam pembuatan karbon aktif adalah semua bahan organik yang memiliki kandungan karbon tinggi seperti tempurung kelapa, kayu, gambut, tulang, batubara, dan lain-lain. Penggunaan filter dimaksudkan menangkap polutan partikel pada permukaan filter. Absorben mempunyai daya kejenuhan sehingga selalu diperlukan pergantian, bersifat disposal (sekali pakai buang) atau dibersihkan kemudian dipakai kembali. Bahan dasar sampel keramik berpori seluruhnya berasal dari bahan lokal , sedangkan pembuatan sampel dilakukan di Lab.Kristalografi Departemen Fisika FMIPA USU, Lab Material UNIMED, PUSLITBANG Perindustrian. Pengujian sampel dilakukan di Lab MIPA USU, PUSLITBANG Perindustian, dan Lab. MIPA UI Depok.


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pengukuran kualitas udara oleh Kementerian Lingkungan Hidup (KLH) tahun 2002 menunjukkan, kualitas udara enam kota, yaitu Jakarta, Surabaya, Bandung, Medan, Jambi dan Pekan Baru dalam kategori baik (tingkat kualitas udara tidak memberikan efek buruk bagi kesehatan manusia serta tidak berpengaruh pada tumbuhan dan nilai estetika bangunan) hanya terjadi 22 – 62 hari dalam setahun (www.bplhdjabar febr 2008). Seperti telah disebutkan bahwa penyumbang terbanyak polusi udara adalah gas buang kendaraan bermotor, dimana bahan-bahan pencemar udara yang terdapat didalamnya seperti oksida-oksida sulfur dan nitrogen, partikulat dan senyawasenyawa oksidan lainnya adalah merupakan penyumbang polusi terbesar dikota-kota besar, bahan-bahan pencemar ini mempunyai dampak yang sangat luas bagi kesehatan manusia. Komponen utama bahan bakar adalah hidrogen (H) dan karbon (C), pembakarannya akan menghasilkan senyawa HC, CO, CO2, serta NOX pada kendaraan berbahan bakar bensin. Dari senyawa-senyawa itu yang paling berbahaya bagi kesehatan adalah HC dan CO. Penyebab tingginya HC antara lain pengapian tidak tepat, kompresi lemah, maupun kabel busi yang sudah aus, sedangkan kadar CO akan bertambah tinggi jika dalam proses pengapian, komposisi bahan bakar lebih banyak dari pada udara (O2) yang diperlukan untuk mengubah CO menjadi CO2 . 4


5

Dampak emisi gas buang kendaraan bermotor antara lain adalah : a.

Pb (Timbal) dapat mengakibatkan penurunan tingkat kecerdasan dan perkembangan mental anak, mengakibatkan tekanan darah tinggi, fungsi reproduksi laki-laki, terganggunya fungsi ginjal.

b. CO (Karbon Monoksida) dapat menyebabkan pengurangan kadar oksigen dalam darah sehingga mengakibatkan pusing, gangguan berpikir, penurunan reflek, gangguan jantung, bahkan kematian. c. NOX (Oksida Nitrogen) dapat menimbulkan iritasi mata, batuk, gangguan jantung dan paru-paru, asma, dan infeksi saluran pernapasan. d. HC (Hidrokarbon) menyebabkan iritasi mata, pusing, batuk, mengantuk, bercak kulit, perubahan kode genetik, memicu asma dan kanker paruparu. Publikasi yang dikeluarkan Bank Dunia tahun 1994 menyebutkan pencemaran udara di Jakarta mengakibatkan munculnya 1200 kasus kematian prematur, 32 kasus penyakit pernafasan, dan 464 kasus asma (www.bplh , 2007). Oleh sebab itu dianjurkan kepada pemilik kendaraan bermotor untuk secara berkala menguji emisi gas buang kendaraannya dengan alat yang bernama Gas Analyzer agar dapat meminimalkan polusi akibat gas buang kendaraan bermotor . Tetapi desain mobil sekarang ini telah mengacu pada kesehatan lingkungan hidup, seperti misalnya Toyota yang memasang catalytic converter pada mesin mobil yang diproduksi diatas tahun 2005. Catalytic converter itu sendiri bahan utamanya platinum, paladium, iridium, dan rodium . Katalik ini bekerja berdasarkan Three


6

Ways Catalytic Converter (TWC) , yaitu sebagai katalis, pengoksidasi dan deoksidasi yang bekerja dalam satu sistem, sehingga zat-zat polutan dapat diubah menjadi zatzat tidak berbahaya bagi lingkungan.

2.1

PRINSIP DASAR KERAMIK Keramik didefinisiktan sebagai suatu hasil seni dan teknologi untuk

menghasilkan barang dari tanah liat yang dibakar seperti gerabah, genteng, porselin, dan sebagainya. Tetapi saat ini definisi keramik aadalah semua bahan bukan logam dan anorganik yang berbentuk padat. Umumnya senyawa keramik lebih stabil dalam lingkungan termal dan kimia dibandingkan elemennya. Keramik mempunyai sifat rapuh, keras, dan kaku. Sifat bahan keramik ini sangat tergantung pada ikatan kimianya. Ikatan kovalen memberi sifat dapat mengarah pada kekuatan kristal dan strukturnya lebih rumit dari ikatan logam atau ion, dimana struktur kristalnya digambarkan seperti bola-bola yang tersusun rapat. Ikatan kovalen sangat kuat sehingga keristalnya bersifat kuat dan mempunyai titik didih serta sifat isolator yang baik. Keramik secara umum mempunyai kekuatan tekan lebih baik dibandingkan kekuatan tariknya. Pada prinsipnya keramik terbagi atas mikkeram tradisional dan keramik halus. Keramik tradisional yaitu keramik yang dibuat dengan menggunakan bahan alam seperti kaolin, feldspar, ball clay, kuarsa. Yang termasuk keramik ini adalah : barang pecah belah (dinner ware), keperluan rumah tangga (tile, bricks) dan untuk industri (refractory).


7

Keramik halus (fine ceramics) atau keramik modern biasa disebut keramik teknik, advanced ceramic, engineering ceramic, technikal ceramic, adalah keramik yang dibuat dengan menggunakan oksida-oksida logam atau logam, seperti : oksida logam (Al2O3, ZrO2, MgO, dll). Penggunaannya sebagai elemen pemanas, semikonduktor, komponen turbin, dan pada bidang medis. (Refractron Technologies Corp. 2001 ) Keramik berbeda dengan logam bila ditinjau dari strukturnya yang lebih rumit dibanding logam. Beberapa hal yang penting dari keramik dan logam dinyatakan sebagai berikut: a. Logam mempunyai konduksi panas dan listrik yang lebih baik daripada keramik yang dalam kenyataannya berhubungan dengan elektron valensi bebas di dalam logam. Sebaliknya, keramik mempunyai sifat dielektrik yang lebih baik dari pada logam. b. Bahan keramik lebih stabil dari pada logam dalam keperluan kimia dan panas. Hal ini merujuk kepada energi bebas lebih rendah dari pada seyawa keramik dibanding logam. c. Logam mempunyai regangan yang sebanding dengan kekuatan tekan, dimana bahan keramik mempunyai kuat tekan yang lebih besar dibanding tegangannya. Perbedaan struktur logam dan keramik sangat kontras.


8

Pada senyawa keramik yang mengandung bahan bukan logam dan elemen-elemen semi logam, karena pembagian elektronnya dapat terjadi polimerisasi yang mungkin ditemukan dalam beberapa bahan keramik. Kebanyakan bahan keramik dari gelas mengalami polimerisasi tinggi. (Sembiring,A.D 1990 )

2.2

SENYAWA KERAMIK Bahan keramik terdiri dari fasa kompleks yang merupakan senyawa unsur

metal dan nonmetal yang terikat secara ionik maupun kovalen. Keramik pada umumnya mempunyai struktur kristalin dan sedikit elektron bebasnya. Susunan kimia keramik sangat bermacam macam yang terdiri dari senyawa yang sederhana hingga campuran beberapa kompleks. Pada dasarnya bahan baku keramik adalah: a. Bahan Plastis Bahan ini berupa tanah liat (argiles) dengan kandungan mineral yang bersifat liat dan mineral tambahan yang berasal dari endapan kotoran. Mineral ini berupa Silikat, Mg, Fe, bersifat kapur dan alkalis. b. Bahan Fondant (Pelebur) Bahan ini berupa feldsfar dengan kandungan alumino silikat beranekaragam, yang terdiri dari: 1). Ortose : (Si3Al)O8 K : Potassis 2). Albite : (Si3Al) O8 Na : Sodis 3). Anorthite : (Si3Al) O8 Ca : Kalsis


alkalin

9

c. Bahan Penghilang Lemak Bahan ini adalah bahan baku yang mudah dihaluskan dan koefisien penyusutannya sangat rendah. Biasanya bahan ini berfungsi sebagai penutup kekurangan-kekurangan yang ada, karena plastisitas yang eksesip dari tanah liat, terdiri dari silika (SiO2) atau kwarsa yang berbeda bentuknya. Untuk bahan baku keramik tahan panas adalah terdiri dari bahan yang mengandung Mg dan silikat aluminium. d. Bahan Tahan Panas Bahan ini terdiri dari bahan yang mengandung Mg dan silikat aluminium.

2.3

BAHAN-BAHAN KERAMIK a. Kaolin Kaolin dipercaya berasal dari bahasa cina kaoling, yang berarti pegunungan

tinggi (Norton, 1973) yaitu gunung yang terletak di dekat sauchaufa yang tanah lempungnya telah diambil sejak dahulu kala. Kaolin digolongkan dalan dua type, yaitu : 1. Kaolin yang berasal dari proses hidrotermal, yaitu pengikisan yang terjadi akibat pengaruh air panas yang terdapat pada retakan, patahan dan daerah permeabel lainnya dalam batu-batuan. 2. Kaolin yang berasal dari proses pelapukan (sedimentasi) , yaitu pelapukan batuan beku dan batuan metamorphic, yang reaksinya adalah : KalSi3O8

HAlSi3O8 + KOH

(hydrolysis)


10

HAlSi3O8 2 HAlSiO4 + H2O

HAlSiO4 + 2 SiO2

(desilikation)

(OH)4 Al2Si2O5 (hydration)

Kaolin pada suhu diatas 600º C bersifat amorf , tetapi pada saat suhunya mencapai 1300ºC berubah menjadi mulit (M,Syukur, 1982), hingga pada grafik XRD tidak ditemukan lagi puncak-puncak (peak) yang dipergunakan untuk pembuatan sampel adalah kaolin yang berasal dari Kec. Bandar Pulau Kab. Asahan Sumatera Utara dengan spesifikasi SiO2 71,20 %, Al2O3 13,36%, Fe2O3 2,00%, LiO2 0,26%, CaO 0,15%, MgO 3,55%, K2O 0,27%, Na2O 0,51%, LOI 8,70%.(Lampiran A) Hasil analisa sinar X dari kaolin ditunjukkan dalam lampiran B (hal 50) b. Kuarsa (Silika) Kuarsa adalah salah satu mineral yang berupa kristal yang sempurna yang terdiri dari kristal-kristal silika (SiO2). Kuarsa merupakan hasil pelapukan batuan yang mengandung mineral utama seperti, Al2O3, Fe2O3, Cr2O3, Na2O3, TiO2, K2O. Hasil pelapukan kemudian tercuci dan terbawa oleh air dan angin dan terendapkan di tepi-tepi sungai, danau atau laut. Endapan yang berupa hasil pelapukan tersebut jika sudah bertahun-tahun dapat membentuk semacam bukit batu yang sangat keras dan kokoh. Kuarsa mempunyai struktur atomik tetrahedron (SiO4) dalam tiga dimensi, dimana tiap atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen. Kuarsa berwarna putih bening atau warna lain bergantung pada senyawa pengotornya, memiliki sifat-sifat fisik antara lain, kekerasan 7 (skala Mohs), berat jenis 2,65, titik lebur 17,16º C, panas spesifik 0,185, dan konduktivitas panas 12 - 100º C.


11

Kuarsa yang dipergunakan untuk pembuatan sampel berasal dari Desa Naga Timbul Kec.Parmonangan Kab.Tapanuli Utara, dengan spesifikasi sebagai berikut: SiO b2 98,66%, Al2O3 0,39%, Fe2O3 0,07%, TiO2 0,01%, CaO 0,10%, MgO 0,02%, K2O 0,12%, Na2O 0,09%, LOI 0,54% (Lamp. A). Pada lampiran gambar kelihatan endapan kuarsa yang menurut penduduk setempat telah berusia puluhan tahun yang awalnya hanya berupa gundukan batu kuarsa biasa yang semakin membesar sampai membentuk bukit batu. Hasil analisa sinar X dari kuarsa ditunjukkan pada lampiran B c. Feldspar Feldspar terbentuk dari pengkristalan magma intisiv maupun ekstrusiv dan merupakan mineral batuan metamorphic, batuan pegmatic dan juga batuan sedimen. Feldspar berwarna kemerah-merahan atau pink pucat dan memiliki kekerasan 6 (skala Mohs). Sebagai mineral silikat pembentuk batuan, feldspar mempunyai kerangka struktur tektosilikat yang menunjukkan empat atom oksigen dalam struktur tetrahedral SiO2 yang dipakai juga oleh strutur tetrahedral lainnya. Kondisi ini menghasilkan kisi-kisi kristal seimbang terutama bila ada kation lain yang masuk ke dalam struktur tersebut seperti penggantian silikon oleh aluminium. Terlepas dari bentuk strukturnya, apakah triklin atau monoklin, feldspar secara kimiawi dibagi menjadi empat kelompok mineral, yaitu. kalium feldspar (KAlSi3O8), natrium feldpar

(NaAlSi3O8),

kalsium feldspar (CaAl2Si2O8), dan

barium feldspar (BaAl2Si2O8), sedangkan secra mineralogi feldspar dikelompokkan menjadi plagioklas dan K-feldspar. Plagioklas merupakan seri larutan padat yang tersusun dari variasi komposisi natrium feldspar dan kalsium feldspar..


12

Feldspar yang digunakan untuk pembuatan sampel berasal dari Dolok Matutung di Desa Tanggahambing Kec. Pangaribuan Kab. Tapanuli Utara, dengan spesifikasi sebagai berikut: SiO2 66,87%, Al2O3 19,46%, Fe2O3 0,10%, TiO2 0,36%, CaO 1,23%, MgO 0,07%, K2O 0,34%, Na2O 10,83%, LOI 0,74% (Tabel A). Dan digolongkan dalam K – fedspar, K-fedspar dapat digolongkan dalam 3 jenis, yaitu (Amethyst Galleries Inc,2008): 1. Microcline (Potassium Aluminium Silikate) 2. Sanidine (Potassium Sodium Aluminium Silicate) 3. Orthoclase (Potasium Aluminium Silicate) Golongan K-feldspar ini disebut polymorphs, sebab ketiganya mempunyai sifat kimia yang sama (KalSi3O8), tetapi berbeda strukturnya. Hasil analisa sinar x dari feldspar terlampir (Lamp. B) d. Lempung (Clay) Lempung (clay) dikenali sebagai tanah liat, merupakan sejenis mineral halus, berbentuk kepingan, gentian atau hablur yang terbentuk dari batuan sedimen (sedimensary rock) dengan ukuran butir < 1/256 mm (skala wentworth), clay tersusun atas group alumina silikat (seperti Al, Fe, Mg, Si) bisa terbentuk di laut (marine clay), atau di darat (terrestrial clay), dengan proses pembentukan dapat secara allogenic clay (dari luar cekungan sedimentasi), atau secara authigenic clay (terbentuk di dalam lingkaran sedimentasi), misalnya perubahan atau proses alterasi dari mineral feldspar menjadi clay mineral. Lempung (clay) membentuk gumpalan keras dan kaku apabila kering, bersifat plastis dan melekit apabila basah terkena air dan bersifat viterius bila


13

dibakar pada suhu tinggi. Yang termasuk clay adalah : ball clay, fire clay, kaolin, brick clay. Ball clay biasanya digunakan untuk pembuatan keramik putih memiliki plastisitas tinggi dan tegangan patah yang baik. Fire clay merupakan yang terdiri dari mineral kaolinit yang bentuk kristalnya tidak sempurna, mengandung sedikit mika kuarsa dan mineral lempung yang bersifat lunak dan tidak mempunyai perlapisan, fire clay tahan terhadap suhu tinggi (> 1500º C). Fire clay terbentuk karena soil yang tertimbun oleh sedimen lain di daratan atau cekungan lakustrin ataupun delta yang umumnya mengandung batubara. Fire clay digunakan untuk pembuatan refraktori, batu tahan panas. Clay yang digunakan untuk pembuatan sampel berasal dari Desa Ranggitgit Kec. Parmonangan Kab.Tapanuli Utara, dengan spesifikasi sebagai berikut: SiO2 62,94%,Al2O3 23,83%, Fe2O3 0,62%, TiO2 0,93%, CaO 0,88%, MgO 0,19%, K2O 0,52%, Na2O 0,45%, LOI 9,64% (Lamp. A). Hasil analisa sinar X dari bahan clay dapat dilihat pada lampiran B e. Karbon Aktif Karbon aktif adalah bahan yang mengandung karbon yang telah ditingkatkan daya absorpsinya. Aktivasi merupakan suatu proses yang menyebabkan perubahan fisik pada permukaan karbon melalui penghilangan hidrokarbon, gas-gas dan air dari permukaan tersebut sehingga permukaan karbon semakin luas dan berpori.Sehingga akan lebih mudah menyerap zat-zat lain (Sudirjo ,2006). Karbon aktif atau karbon berpori digunakan secara luas sebagai adsorben dalam proses industri untuk menghilangkan sejumlah pengotor, terutama yang berhubungan dengan zat warna,


14

pengolahan limbah, pemurnian air, obat-obatan, yang biasanya digunakan dalam bentuk bubuk. Untuk adsorben gas biasanya digunakan dalam bentuk padatan (granular). Bahan baku utama dalam pembuatan karbon aktif adalah semua bahan anorganik yang memiliki kandungan karbon tinggi seperti tempurung kelapa, kayu, gambut, tulang, batubara, dan lain-lain. Hak paten pertama dalam pembuatan karbon aktif diperoleh eleh R.V.Ostrejko pada 1900, dan pada tahun 1909 didirikan pabrik penghasil karbon aktif pertama di Raciborz Jerman dengan nama EPONIT, dan pada tahun 1911 diproduksi karbon aktif yang dikenal dengan nama norit. Secara umum faktor yang menyebabkan adanya daya serap karbon aktif antara lain adalah: a. Dengan adanya pori-pori mikro yang sangat banyak jumlahnya pada karbon aktif, akan menimbulkan gaya kapiler yang menyebabkan adanya daya serap. b.

Luas permukaan yang dimiliki karbon aktif dapat menimbulkan daya serap.

Karbon aktif yang digunakan dalam pembuatan sampel adalah karbon aktif produksi MERCK, ( kode katalog 102186, hal 217), dan spesifikasi sebagai berikut : Substances Soluble in Ethanol

< 0,2%

Substances Soluble in Hidrocloric Acid

< 1%

Ph Value (5% water)

4–7

Chloride (Ch)

< 0,01%


15

Sulphate (SO4)

< 0,01%

Heavy metal (as Pb)

< 0,003%

Zn (zinc)

< 0,001%

Iodine absorptive capacity (0,05 mol/ I)

> 70 ml/gr

Metylene blue absorbtion (0,15% solition)

> 12 ml/0,1gr

Residu on ignation (600º C)

< 1%

Loss on drying (120º C) Particle size

< 10%

- < 100 µm

about 90%

- d 50

about 30 µm

2.4 KERAMIK BERPORI Keramik berpori merupakan keramik yang dewasa ini banyak dimanfaatkan, seperti filtrasi ion-ion logam berat, absorbsi gas pada temperatur tinggi, kromatolografi, vacuum chuck, reaktor kimia atau bioreaktor ) Keramik berporositas telah berhasil dibuat dan dimanfaatkan sebagai filter dalam penuangan logam cair, sebagai katalisator yang biasa ditempatkan dalam sistem gas buang kenderaan bermotor (Van Vlack, 1985). Demikian halnya yang dilakukan oleh Lindqvist dan Liden pada pembuatan keramik berpori dari bahan alumina melalui cara slip casting dengan

cara menambahkan tepung jagung

(Lindqvist dan Liden, 2000). Untuk mereduksi pencemaran di atmosfer digunakan biofilter oleh E.Y. Lee, et al (2001)


16

Refractron Technologies Corp New York USA, adalah badan yang meneliti dan memproduksi keramik berpori, dengan karakteristik standar porositas antara 40 – 50%, sedangkan HP Technical Ceramics memproduksi keramik berpori dengan standar porositas 35 – 50%. Bahkan Swedish Ceramic Institute dapat membuat keramik berpori dengan tehnik yang berbeda yang dinamakan tehnik protein suspensi hingga memperoleh porositas antara 50 – 80% dari volum keramik. Pembuatan keramik berpori dari bahan limbah juga telah dilakukan oleh Ryo SASAI, et al (2003), dengan mencampur limbah pabrik kertas, serbuk gergajian kayu (K2CO3) sebagai activator dan clay sebagai aditif. Dikalsinasi pada suhu 850º C selama 1 jam pada tekanan 2 atmosfer. Keramik berpori sebagai filter partikulat gas buang diesel juga telah dilakukan oleh Richard L.H dan Robert C.Schenck (1989), serta Purbasari (2005) dimana beliau memanfaatkan limbah anorganik dalam hal ini abu terbang dan bahan dasar lempung dan air. Pengujian menunjukkan bahwa sampel produk keramik berpori tersebut memiliki susut bakar 1,2 – 3,7%, porositas semu 46,2 – 51,7%, dengan ukuran pori berkisar antara 10 – 20 µm. Keramik berpori yang berfungsi sebagai filter lebih banyak dipergunakan sebagai penyaring air untuk menjernihkan dan menghilangkan aroma, tetapi dewasa ini aplikasinya sudah lebih luas dan variatif .


17

2.5

ABSORBSI Absorbsi adalah terserapnya atau terikatnya suatu substansi (adsorbat) pada

permukaan yang dapat menyerap (adsorben) . Adsorbsi dapat terjadi diantara zat padat dan zat cair, zat padat dengan gas, zat cair dengan zat cair, dan zat cair dengan gas. Absorbsi terjadi karena molekul-molekul pada permukaan zat yang memiliki gaya tarik dalam keadaan tidak setimbang yang cenderung tertarik kearah dalam (gaya kohesi adsorben lebih besar dari gaya adhesinya). Ketidakseimbangan gaya tarik tersebut mengakibatkan zat yang digunakan sebagai adsorben cenderung menarik zat-zat lain yang bersentuhan dengan permukaannya. Berdasarkan interaksi molekular antara permukaan adsorben dengan adsorbat, adsorbsi dibagi menjadi dua bagian, yaitu adsorbsi fisika dan adsorbsi kimia. Adsorbsi fisika terjadi bila gaya intermolekubeslar lebih besar dari gaya tarik antar molekul atau gaya tarik menarik yang relatif lemah antara adsorbat dengan permukaan adsorben, gaya ini disebut gaya Van der Waals, sehingga adsorbat dapat bergerak dari satu bagian permukaan ke bagian permukaan lain dari adsorben. Adsorbsi ini berlangsung cepat, dapat membentuk lapisan jamak (multilayer), dan dapat bereaksi balik (reversible) karena energi yang dibutuhkan relatif rendah. Absorbsi kimia terjadi karena adanya reaksi antara molekul-molekul adsorbat dengan adsorben dimana terbentuk ikatan kovalen dengan ion. Gaya ikat adsorben ini bervariasi tergantung pada zat yang bereaksi.Absorbsi jenis ini bersifat irreversible dan hanya dapat membentuk lapisan tunggal (monolayer).


18

2.6 PENGUKURAN DAN ANALISA 2.6.1 Penyusutan (Shrinkage) Penyusutan terjadi akibat menurunnya porositas dimana keporian terisi oleh bahan-bahan yang mudah melebur, penyusutan suatu produk erat kaitannyanya dengan proses pembuatan (fabrication) bahan tersebut. Suhu pembakaran sangat berpengaruh terhadap penyusutan. Semakin tinggi temperatur pembakaran yang diberikan terhadap bahan maka keporian akan semakin tertutupi oleh bahan yang mudah melebur sehingga terjadi penyusutan yang semakin besar , selain temperatur terdapat faktor lain yang mempengaruhi penyusutan tersebut. Faktor-faktor lain yang mempengaruhi penyusutan antara lain : a.Pembentukan b.Lama pembakaran c.Ukuran butiran, komposisi, dll. Penyusutan massa adalah persentasi penyusutan massa sebelum dan sesudah dibakar, dan secara matematis dirumuskan sebagai:(Sembiring,A. 1995) Msbl - Mkrg % susut massa =

x 100%

................................

Msbl Msbl = massa sebelum dibakar Mkrg = massa sesudah dibakar


(2.1)

19

Penyusutan volum (susut bakar) adalah persentasi penyusutan volume sebelum dan sesudah dibakar. Secara matematis dirumuskan sebagai berikut Vsbl – Vkrg % susut bakar =

x 100%

...................................

(2.2)

Vsbl Vsbl = volum sebelum dibakar Vkrg = volum sesudah dibakar

2.6.2

Porositas Porositas sangat dipengaruhi oleh bentuk renik dan distribusinya. Secara

umum porositas dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu : a. Porositas semu (apparent porosity), yaitu perbandingan volum renik terbuka dengan volum total. b.Porositas total, yaitu perbandingan jumlah volum renik terbuka dengan volum renik tertutup terhadap volum total. Porositas semu dapat ditentukan dengan metoda serapan (absorbtion method).Persentase porositas keramik dapat diketahui berdasarkan daya serap bahan terhadap air, yaitu perbandingan volum air yang diserap dengan volum total sampel. Secara matematis hal inidapat dirumuskan sebagai berikut (Gurning ,J. 1994)

( mb − mk ) % porositas =

Vt

ρ air

x 100%

..................................


(2.3)

20

ρ = massa jenis (gr/cm3)

dimana: mb = massa basah (gr)

Vt = volum total sampel (cm3)

mk = massa kering (gr) 2.6.3

Densitas

Densitas adalah pengukuran massa setiap satuan volum benda. Semakin tinggi densitas (massa jenis) suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumnya. Densitas rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumnya. Sebuah benda yang memiliki densitas lebih tinggi akan memiliki volum yang lebih rendah dari pada benda bermassa sama yang memiliki densitas lebih rendah. Densitas (massa jenis) berfungsi untuk menentukan zat. Setiap zat memiliki massa jenis yang berbeda. Dan satu zat yang sama berapapun massanya dan berapapun volumenya akan memiliki densitas yang sama pula, oleh sebab itu dikatakan bahwa massa jenis atau densitas merupakan ciri khas (sidik jari) suatu zat. Untuk menghitung besarnya densitas dipergunakan persamaan matemetis berikut, (Gurning, J. 1994) M

ρ

=

................................................. V

ρ = densitas (gr/cm3) M = massa (gr) V = volum (cm3)


( 2.4)

21

2.6.4

Kekerasan

Kekerasan dapat didefenisikan sebagai ketahanan bahan terhadap penetrasi pada permukaannya. Cara pengukuran kekerasan dapat ditetapkan dengan deformasi yang berbeda, yaitu kekerasan Brinnel, Rochwell, Vickers, yaitu yang disebut Static Hardness Tests. Dynamic Hardness Tests contohnya Shore Scleroscope, Pendulum Hardness, CloudburstTest, Equotip Hardness. Alat uji kekerasan yang sering digunakan adalah Brinnel Hardness, Rockwell dan Vickers. Ketiga alat uji ini menggunakan indentor yang bentuknya berupa bola kecil, piramid, atau tirus.Identor berfungsi sebagai pembuat jejak pada logam (sampel) dengan pembebanan tertentu, nilai kekerasan diperoleh setelah diamater jejak diukur Pada penelitian ini digunakan alat uji kekerasan Equotip Hardness, alat uji ini diperkenalkan pada tahun 1977, dengan satuan pengukurannya disebut Leeb Value sesuai dengan nama penemunya Dietmar Leeb, meggunakan baterai dalam mengoperasikannya dan bekerja secara otomatis (digital), penggunaannya sangat praktis sesuai dengan bentuknya yang kecil dan sedarhana dan dapat dibawa kemanapun. Untuk menghitung besarnya kekerasan sampel dipergunakan (Vander Voort, 1995) HB = 0,941 HV

.............................

HB = Hardness of Brinnel HV = Hardness of Vickers


(2.5)

22

2.6.5 Analisa Kualitatif XRD

Analisa kualitatif XRD adalah suatu cara untuk menentukan identifikasi substansi atau kristal yang terkandung dalam sampel, biasanya selalu memperhatikan pola difraksi yang unik, kecuali bila sampel tersebut amorf atau gas. Pola difraksi yang muncul mencerminkan substansi apa saja yang dikandung sampel tersebut. Analisa ini dimulai dengan mengidentifikasi pola-pola difraksi yang muncul. Pola-pola itu adalah merupakan substansi seperti apa adanya suatu sampel. Misalnya suatu sampel mengandung senyawa Ax By, maka analisa kuantitatif XRD tetap akan mengungkap senyawa Ax By. Berbeda dengan analisa kimia yang memberikan adanya dua unsur A dan B. Selanjutnya, jika sampel tersebut mengandung Ax By dan A2x By, maka analisa XRD tetap mengungkapkan senyawa Ax By dan A2x By. Sedangkan menurut analisa kimia hanya memberi dua unsur A dan B. Untuk mengerjakan analisa kualitatif dimulai dengan menganalisa dan menyusun pola difraksi metoda bubuk. Pola difraksi yang telah dikoreksi merupakan kumpulan substansi yang dapat dikenal. Suatu cara dibutuhkan dalam penyusunan pola-pola difraksi sehingga penelusuran dapat dilakukan dengan cepat. Nilai puncak pada grafik hasil XRD adalah merupakan pola difraksi yang dihasilkan suatu bahan , akan mematuhi Hukum Bragg. Dari nilai d (jarak antar bidang) dapat ditentukaan sifat khas bahan tersebut. Pada gambar berikut ditunjukkan jalannya sinar pada bidang difraksi pada peristiwa difraksi sinar x, hingga diperoleh persamaan nλ = 2 d sin Ө


23

(Brag,s Law and Diffraction , Glenn A.R, Mineral Physics Institute, 2007) Gambar.2.1 Gambar difraksi sinar X 2.6.6 Uji Emisi Gas Buang

Uji emisi gas buang dengan menggunakan alat Gas Analyzer,alat ini dapat menunjukkan kadar zat-zat polutan yaitu CO, CO2, HC, dan NOX yang keluar dari knalpot kendaraan bermotor.Hasil pengukurannya dapat langsung diketahui melalui print- out yang langsung keluar dari alat tersebut, hasil pengukuran meliputi kadar CO (%), HC (ppm), CO2 (%), maupun O2. Gas analyzer dihubungkan dengan mobil melalui pipa listrik yang dihubungkan ke baterai dan mesin mobil , kemudian mobil dihidupkan sementara gas analyzer diset ke posisi nol, kemudian sensor dimasukkan kedalam knalpot kendaraan dan secara otomatis alat bekerja serta hasil langsung tertera pada monitor alat.


BAB III METODE PENELITIAN

3.1 TEMPAT DAN WAKTU PENELITIAN 3.1.1 Tempat Penelitian

Penelitian dilakukan di : 1. Laboratorium MIPA Universitas Sumatera Utara (USU) Medan 2. Laboratorium MIPA (Kimia) UNIMED Medan 3. Laboratorium Material UNIMED Medan 4. PUSLITBANG Departemen Perindustrian Medan Jl. SM.Raja Medan 5. Bengkel PT. Astra Motor (AUTO 2000) Jl. Gatot Subroto Medan 6. Laboratorium MIPA Universitas Indonesia (UI) Depok 7. Pusat Penelitian Fisika-LIPI , Kawasan Puspiptek Serpong Tangerang 3.1.2 Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan mulai akhir Nopember 2007 sampai dengan Mei 2008

3.2 ALAT DAN BAHAN 3.2.1 Alat-Alat Yang Dipergunakan:

1. Neraca Analitis / Digital 2. Ayakan 100 mesh 3. Furnace 4. Cetakan 24 Tiar delimawati Tambunan: Pembuatan Keramik Berpori Sebagai Filter Gas Buang Dengan Aditif Karbon Aktif, 2008. USU e-Repository © 2008

25

5. Alat penghancur 6. XRD 7. Alat uji tekan 8. Equotip Hardness Tester 9.Gas Analyzer 10.Jangka Sorong 11.Mixer 12.Gelas Ukur 3.2.2 Bahan-Bahan yang Dipergunakan:

1. Kaolin dari Desa Batu Nanggor Kec.Bandar Pulo Pekan Asahan 2. Felsdpar dari Desa Dolok Matutung Kec.Pangaribuan Tapanuli Utara 3. Clay dari desa Ranggitgit Kec.Parmonangan Tapanuli Utara 4. Batu Kuarsa dari Desa Naga Timbul Kec.Parmonangan Tapanuli Utara 5. Karbon Aktif (Merck) 6. Air Perbandingan antara bahan dasar (kaolin, feldspar, clay, kuarsa) dengan aditif (karbon aktif) adalah seperti Tabel 3.1 dibawah ini,dimana bahan dasar kaolin, clay, fedspar, dan kuarsa dibuat dengan perbandingan 30%, 30%, 20%, 20%, seperti yang diperlihatkan pada Tabel 3.1 berikut ini.


26

Tabel 3.1 Komposisi Bahan Dasar dan Aditif Bahan Dasar (%) Aditif (%)

No (kaolin 30%, clay30%, fedspar 20%, kuarsa 20% ) 1

100

0

2

95

5

3

90

10

4

85

15

5

80

20

6

70

30

3.2.3 Prosedur Penelitian

a. Pengumpulan bahan-bahan lokal b. Penghancuran bahan dengan ukuran butir 100 mesh . c. Analisa Spesifikasi Bahan dengan AAS d. Analisa bahan dengan XRD e. Pembuatan cetakan f. Pembuatan sampel g. Pembakaran h. Pengamatan dilakukan dengan analisa XRD, Porositas dan Densitas i. Uji mekanik (uji tekan dan kekerasan) j. Uji Absorbsi gas buang (Gas Analyzer)


27

k. Diagram Alir Penelitian

BAHAN PENYUSUN

a

Kaolin

Kuarsa

Feldspar

Clay

Karbon Aktif

Analisa Bahan AAS & XRD Dicampur menurut komposisi Dimixer 45 menit Dicetak Pengeringan (4 hari) Dibakar (1100º C) Penahanan 4 jam Pendinginan (1 hari) Ditimbang, diukur Uji Tekan

Uji Kekerasan

Porositas

Densitas

XRD

Gas Analyzer

DATA

Analisa Data KESIMPULAN

Gambar. 3.1 Diagram Alir Penelitian


28

3.2.4 Variabel dan Parameter Penelitian

a. Variabel Penelitian Yang menjadi variabel terikat pada penelitian ini adalah presentase gas buang yang terabsorb sedangkan yang menjadi variabel bebas adalah karbon aktif (sebagai aditif). b. Parameter Penelitian Parameter adalah ukuran data yang akan diperoleh dari hasil penelitian. Dan yang menjadi parameter dalam penelitian ini adalah : 1. Porositas 2. Densitas 3. Kekerasan 4. Kekuatan Tekan 5.Mikrostruktur (XRD) 6. Absorbsi terhadap gas buang 3.2.5

Alat Pengumpul Data Penelitian

Alat pengumpul data adalah instrumen yang digunakan untuk mengumpulkan data,yaitu : Atomic Absorbtion Spectrometer Type A- 680 untuk menganalisa komposisi kimia bahan dasar sampel, X- Ray Difraction (XRD) untuk menganalisa struktur mikro sampel, Jangka sorong untuk mengukur diameter dan tebal sampel, Neraca Analitis untuk mengukur massa sampel, Gas Analyzer untuk


29

mengukur seberapa besar gas radikal CO, CO2, HC, dapat diabsorb, Equatip Hardness Tester untuk mengukur kekerasan sampel. 3.2.6 Pengolahan Bahan

a. Pembutiran Pembutiran dilakukan di PUSLITBANG Departemen Perindustrian Medan Jl. Medan- Tj.Morawa, dengan menggunakan alat penggiling cangkang kelapa, lalu diayak dengan ukuran butiran 100 mesh untuk keempat bahan dasar (kaolin, clay, feldspar, kuarsa). b. Pencampuran (mixed) Bahan dasar yang telah dalam bentuk serbuk ditimbang, dalam hal ini dengan komposisi kaolin 30%, clay 30%, feldspar 20%, kuarsa 20%, lalu dicampur merata, karbon aktif ditimbang masing-masing dengan komposisi 5%, 10%, 15%, 20%, dan 30%. c. Pembentukan sampel Bahan yang telah ditimbang dicampur (bahan dasar + adatif) lalu ditambahkan air, untuk tiap 100 gr bahan keramik ditambahkan sebanyak 90 ml air, diaduk dengan menggunakan mixer selama 1 jam, kemudian dimasukkan kedalam cetakan yang ukuran diameternya 2,19 cm dan tebalnya 1,30 cm untuk sampel yang berbentuk pelet sedangkan untuk sampel yang berbentuk silinder (sampel aplikasi) cetakan yang berukuran besar berdiameter 3,75 cm, diameter cetakan yang berukuran lebih kecil berdiameter 1,64 cm, sedangkan tinggi silinder 6 cm..


30

Untuk sampel aplikasi cetakan kecil dimasukkan kedalam cetakan besar, baru kemudian campuran bahan keramik yang berupa bubur dituang diantara kedua cetakan. Cetakan sampel dapat dibuka setelah 24 jam untuk silinder dan 5 jam untuk pelet, lalu dibiarkan diruang terbuka selama 4 hari agar siap untuk dibakar, tetapi sebelum itu ditimbang dan diukur volumenya lebih dahulu. d. Pembakaran Pembakaran dengan menggunakan oven dari suhu kamar hingga suhu 1100º C selama 2 jam, kemudian ditahan selama 2 jam, kemudian oven dimatikan (off). e. Pendinginan Pendinginan dilakukan secara perlahan-lahan , dengan membiarkan sampel tetap didalam oven yang telah dalam kondisi off sampai selama satu hari, baru kemudian dikeluarkan untuk dilakukan pengukuranpengukuran. 3.2.7 Pengukuran Volum dan Massa Sampel

Pengukuran volum sampel dilakukan dengan menggunakan jangka sorong, yaitu dengan mengukur diameter dan tebal sampel. Hasil pengukuran volum sampel ditunjukkan pada Tabel 4.2 Pengukuran massa sampel dilakukan dengan menggunakan neraca analitis, pengukuran ini berguna untuk membandingkan massa sampel sebelum dan


31

sesudah

dibakar,

hingga

diperoleh

persentasi

penyusutannya,

yang

ditunjukkan pada Tabel 4.1 3.2.8 Pengukuran Porositas dan Densitas

Pengukuran densitas dilakukan dengan membandingkan massa dan volume sampel setelah dibakar, sedangkan pengukuran porositas dilakukan dengan merendam sampel didalam air selama satu hari (24 jam), kemudian massa sampel yang telah direndam tersebut ditimbang, lalu dihitung besarnya porositas dengan menggunakan persamaan (2.3) dan densitas dengan menggunakan persamaan (2.4). 3.2.9

Pengujian Kekerasan dan Uji Tekan

Pengujian kekerasan dilakukan di PUSLITBANG Departemen Perindustrian Medan, yaitu dengan menggunakan Equatip Hardness Tester. Hasil pengujian langsung tertera di monitor alat dalam satuan BH (Brinell Hardness), yang kemudian dikonversikan ke VH (Vickers Hardness) menurut persamaan (2.5) Pengujian tekan dilakukan di Laboratorium Ilmu Dasar (LIDA) USU Medan, dengan menggunakan alat pembeban. 3.2.10 Analisa Kualitatif XRD

Analisa mikrostruktur dilakukan dengan menggunakan X- Ray Difraction (XRD) yang ada di Laboratorium MIPA UI Depok, dengan spesifikasi alat : Nama alat

: X-Ray Difractometer – Philips

Type

: PW3710

Tegangan Kerja

: V = 40 KV


32

Arus

: I = 30 mA(milli ampere)

Radiasi

: COKά : ά = 1,78897 Aº

3.2.11 Uji Absorb Gas Buang

Uji absorbsi gas buang dilakukan di PT.Astra International Tbk, dengan menggunakan Gas Analyzer, yang bekerja secara komputerisasi, pengujian dilakukan dengan menggunakan sampel aplikasi yang berbentuk silinder dengan cara menempatkan sampel silinder didalam knalpot kendaraan dengan bantuan baut, kemudian dimasukkan sensor pendeteksi gas buang kedalam sampel, pengujian untuk tiap sampel dilakukan selama 10 menit.


BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Telah dilakukan pengukuran, pengujian dan analisa terhadap sampel dengan menggunakan jangka sorong, neraca analitik, equatip hardness tester, alat uji tekan, XRD, gas analyzer. Hasil-hasilnya adalah sebagai tersebut berikut.

4.1 SUSUT MASSA

Dari hasil pengukuran terhadap massa sampel sebelum dan sesudah dibakar diperoleh hasil seperti pada tabel dibawah ini. Tabel 4.1 Hasil Pengukuran Susut Massa Aditif

Msebelum

Mkering

Susut

No (%)

dibakar (gr)

(gr)

massa (%)

1

0

4,640

3,968

14,483

2

5

4,001

3,240

19,024

3

10

4,200

3,194

23,952

4

15

3,926

2,800

28,673

5

20

3,200

2,165

32,344

6

30

3,700

2,143

42,081


34

Hasil yang diperoleh menunjukkan bahwa semakin besar aditif yang diberikan akan semakin besar susut massanya. Hal ini dimungkinkan karena karbon aktif dalam hal ini sebagai aditif akan hilang bila dipanaskan pada suhu 1100º C.

4.2 SUSUT VOLUM (SUSUT BAKAR)

Dari hasil pengukuran volum terhadap sampel sebelum dan sesudah pembakaran diperoleh hasil seperti Tabel berikut ini. Tabel 4.2 Hasil Pengukuran Susut Bakar

No

Aditif

DSBL

TSBL

DKRG

TKRG

VSBL

VKRG

(%)

(cm)

(cm)

(cm)

(cm)

(cm³)

(cm³)

Susut Bakar (%)

1

0

2,040

0,920

2,020

0,910

3,005

2,915

3,018

2

5

2,060

0,920

2,050

0,900

3,065

2,955

3,593

3

10

2,065

0,960

2,050

0,955

3,213

3,151

1,961

4

15

2,050

0,950

2,045

0,935

3,134

3,069

2,059

5

20

2,070

0,840

2,060

0,820

2,826

2,732

3,322

6

30

2,065

1,040

2,050

1,030

3,481

3,398

2,395

Dari data hasil pengukuran susut bakar pada menunTabel 4.2 menunjukkan bahwa tidak terdapat korelasi antara besarnya penyusutan volum dengan penambahan aditif, adanya penyusutan pada sampel setelah dibakar menunjukkan telah terjadi


35

perubahan susunan atom pada sampel dan telah terjadi proses sintering. Besarnya susut bakar yang diperoleh yaitu antara 1,96 s/d 3,59.

4.3 DENSITAS dan POROSITAS

Setelah dilakukan pengamatan dan pengukuran terhadap sampel yang telah dibakar dengan menggunakan persamaan (2.3) untuk pengukuran porositas dan persamaan (2.4) untuk pengukuran densitas maka diperoleh hasil seperti di bawah ini. Tabel 4.3 Hasil Pengukuran Densitas dan Porositas Aditif

MKRG

MBSH

VKRG

Densitas

Porositas

(%)

(gr)

(gr)

(cm³)

(gr/cm³)

(%)

1

0

3,966

5,002

2,915

1,361

35,54

2

5

3,240

4,560

2,955

1,097

44,68

3

10

3,257

4,791

3,150

1,034

48,68

4

15

2,800

4,383

3,069

0,977

51,57

5

20

2,185

3,700

2,732

0,800

55,46

6

30

2,364

4,515

3,398

0,696

63,30

No

Hasil pengukuran densitas dan porositas menunjukkan bahwa terdapat korelasi yang jelas antara besarnya densitas dengan penambahan aditif dan besarnya porositas terhadap penambahan aditif . Besarnya densitas berbanding terbalik dengan pertambahan aditif, semakin besar persentase aditif semakin kecil densitas sampel .


36

Sebaliknya terdapat korelasi linier yang positif antara porositas dengan pertambahan aditif, semakin besar pertambahan aditif semakin besar pula porositasnya. Grafik Porositas-Aditif 65

60

Porositas (%)

55

50

45

40

35

0

5

10

15

20

25

30

Aditif (%)

Gambar.4.1 Grafik hubungan antara porositas dengan aditif Grafik Densitas - Aditif 1.4 1.3

3

Densitas(gr/cm)

1.2 1.1 1 0.9 0.8 0.7

0

5

10

15

20

25

30

Aditif (%)

Gambar.4.2 Grafik hubungan antara densitas dengan aditif Dari kedua grafik porositas dan densitas diatas dapat dilihat hubungan antara porositas dengan densitas dimana keduanya berbanding terbalik.


37

4.4 KEKUATAN TEKAN

Setelah melakukan pengujian terhadap kekuatan tekan maka diperoleh hasil pengujian seperti pada tabel berikut. Tabel 4.4 Hasil Uji Kekuatan Tekan Aditif

Mbeban

Gaya (F)

Luas (A)

Kekuatan Tekan (P)

(%)

(kg)

(newton)

(cm²)

105 Pa

1

0

38

368,6

3,20

11,48

2

5

16

155,2

3,14

4,92

3

10

13

126,1

3,29

3,82

4

15

7

67,9

3,27

2,08

5

20

5

48,5

3,33

1,46

6

30

3

29,1

3,29

0,88

No

Dari Tabel 4.4 terlihat bahwa pada penambahan aditif sampai 5 % nilai tekanan menurun tajam , tetapi pada penambahan aditif 10- 30 % terjadi penurunan yang cenderung konstan yang semakin kecil untuk aditif yang bertambah besar, hal ini besar kemungkinan disebabkan karena besarnya jumlah porositas pada sampel, sehingga keramik tersebut bertambah rapuh.


38

4.5 HASIL UJI KEKERASAN Dari hasil pengujian kekerasan yang telah dilakukan dengan menggunakan Equotip Harness Tester diperoleh data hasil pengujian sebagaimana tertera pada Tabel 4.5 di bawah ini. Tabel 4.5 Hasil Uji Kekerasan

No

Aditif (%)

Brinell Hardness (HB)

Vickers Hardness (9,8Hv)

1

0

133

140

2

5

111

117

3

10

104

109

4

15

101

106

5

20

99

104

6

30

81

85

Grafik Kekerasan - Aditif 140

130

K ekerasan(H v)

120

110

100

90

80

0

5

10

15 Aditif (%)

20

25

30

Gambar.4.3 Grafik hubungan antara kekerasan dengan aditif


39

Dari grafik kekerasan – aditif diatas dapat dilihat bahwa pada penambahan aditif sampai 5% besarnya kekerasan menurun tajam, kemudian perlahan-lahan berkurang sampai penambahan aditif 10%, setelah itu penurunan besarnya kekerasan cenderung konstan terhadap pertambahan aditif, hal ini disebabkan karena porositas yang semakin besar sehingga nilai kekerasan semakin kecil.

4.6 HASIL UJI ABSORBSI GAS BUANG

Tabel 4.6 Hasil Uji Absorbsi Gas Buang Aditif

Tanpa Filter

Dengan Filter

Hasil (%)

(%)

CO

CO2

HC

0

9,62

10,96

655

8,20

10,1

653

14,76

7,85

0,31

5

9,62

10,96

655

8,04

9,20

609

16,42

16,06

7,02

10

9,62

10,96

655

7,89

8,90

607

17,98

18,80

7,33

15

9,62

10,96

655

7,47

8,80

569

22,35

19,71

13,13

20

9,62

10,96

655

7,44

8,50

582

22,66

22,45

11,15

30

9,62

10,96

655

6,96

8,10

556

27,65

26,09

15,11

CO

CO2

HC

CO

CO2

HC

Dari grafik 4.4 dibawah terlihat bahwa pertambahan aditif dari 0% sampai 10% mengakibatkan daya absorbsi terhadap CO cenderung stabil tetapi pada penambahan aditif 10% sampai 15% kenaikan daya absorbsi sangat tajam, dari


40

penambahan15% sampai 20% aditif tidak terlalu banyak perubahan, dan selanjutnya hingga 30 % keaikan kembali konstan. Grafik Absorbsi CO - Aditif 28

26

Absorbsi CO(%)

24

22

20

18

16

14

0

5

10

15

20

25

30

Aditif (%)

Gambar. 4.4 Grafik hubungan antara absorbsi CO dengan aditif Pada grafik 4.5 Absorbsi CO2 – Aditif dibawah ini terlihat bahwa grafik pengalami kenaikan yang sangat tajam pada penambahan aditif dari 0% sampai dengan 5%, selanjutnya kenaikannya cenderung konstan terhadap daya absorbsi CO2. Grafik Absobsi CO2 - Aditif 30

AbsorbCO 2(% )

25

20

15

CO2 10

5

0

5

10

15

20

25

30

Aditif (%)

Gambar. 4.5 Grafik hubungan antara absorbsi CO2 dengan aditif


41

Grafik Absorbsi HC - Aditif 18 16

A bsorbH C(% )

14 12 10 8 6 4 2 0

0

5

10

15

20

25

30

Aditf (%)

Gambar. 4.6 Grafik hubungan antara absorbsi HC dengan aditif Dari grafik 4.6 Absorbsi HC- aditif diatas kelihatan bahwa terjadi kenaikan grafik yang sangat tajam pada penambahan aditif sampai 5%, begitu juga dengan penambahan aditif dari 10% sampai 15% terjadi kenaikan yang tajam, tetapi selanjutnya sampai aditif 30% kenaikannya cenderung konstan.

4.7 HASIL UJI ANALISA XRD Pola Difraksi XRD Sampel A0 400

350

300

Intensitas(cps)

250

200

150

100

50

0 20

30

40

50

60

70

80

90

100

Sudut 2 Theta (deg)

. Gambar.4.7 Pola XRD sampel aditif 0º


42

Tabel 4.7 Hasil Analisa XRDAditif 0 % No Rel.int Angle [%] [2theta]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

100 22.8 18.0 13.2 9.2 8.7 6.2 4.8 4.5 1.9

31.145 24.335 70.995 58.995 46.305 42.735 49.8 47.275 53.81 65.4

d-value [A]

d-ref [A]

fasa

(h k l)

no.ref

3.3319 4.1625 1.5404 1.8166 2.2750 2.4550 2.1245 2.2309 1.9767 1.6557

3.3300 4.2359 1.5418 1.8135 2.2742 2.4479 2.1350 2.2312 1.9741 1.6551

SiO2 SiO2 K5Na5AlSi3O8 K5Na5AlSi3O8 K5Na5AlSi3O8 K5Na5AlSi3O8 K5Na5AlSi3O8 K5Na5AlSi3O8 K5Na5AlSi3O8 K5Na5AlSi3O8

101 110 531 262 332 240 241 223 222 551

83 – 2466 83 – 2466 84 – 0710 84 - 0710 84 - 0710 84 - 0710 84 – 0710 84 – 0710 84 – 0710 84 - 0710

Dari hasil analisa XRD terhadap sampel menunjukkan pola yang sama sebelum diberi aditif maupun setelahnya, tetapi pada aditif 20% kelihatan intensitas menurun. Dari hasil ketiga sampel dapat disimpulkan bahwa intensitas maksimum pada 0% , minimum pada 20%, sedangkan puncak difraksi bernilai maksimum pada aditif 5% dan bernilai minimum pada aditif 0%.

Pola Difraksi XRD Sampel R2 600

SiO2

3.3705

In te n sitas(cp s)

500

400

300

4.3182 200

2.476

100

2.1373 1.8239

1.5465

1.456

1 3783

0 20

30

40

50

60

70

80

90

Sudut 2 Theta (deg)

Gambar.4.8 Pola XRD sampel aditif 5%


100

43

Tabel 4.8 Hasil Analisa XRD Aditif 5% No Rel.int Angle [%] [2theta]

d-value [A]

d-ref [A]

fasa

(h k l )

no.ref

1 100 30.78 3.3705 3.3300 SiO2 101 83-2466 2 22.2 23.91 4.3182 4.2359 SiO2 100 83-2466 3 22.2 24.005 4.3013 4.2359 SiO2 100 83-2466 4 10.2 49.48 2.1373 2.1350 K5Na5AlSi3O8 241 84-0710 5 4.7 75.81 1.4560 1.4574 K5Na5AlSi3O8 282 84-0710 6 4.7 42.355 2.4760 2.4675 K5Na5AlSi3O8 150 84-0710 7 4.1 45.92 2.2930 2.2899 K5Na5AlSi3O8 042 84-0710 8 3.7 46.9 2.2477 2.2374 K5Na5AlSi3O8 332 84-0710 9 3.5 70.675 1.5465 1.5418 K5Na5AlSi3O8 531 84-0710 10 3.4 58.735 1.8239 1.8273 K5Na5AlSi3O8 420 84-0710 11 2.3 53.465 1.9885 1.9864 K5Na5AlSi3O8 422 84-0710 12 1.4 40.905 2.5598 2.5514 K5Na5AlSi3O8 112 84-0710 13 1.3 38.375 2.7148 2.7532 K5Na5AlSi3O8 132 84-0710 14 1.2 47.59 2.2170 2.2181 K5Na5AlSi3O8 132 84-0710 Hal tersebut mungkin disebabkan karena semakin besar persentase karbon aktif yang diberikan semakin kecil persentase keempat bahan dasar sehingga menyebabkan penurunan kadar unsur-unsur yang dikandungnya. Setelah pembakaran fasa yang terbentuk adalah SiO2 (Silika Oksida) dan K5Na5AlSi3O8 (Feldspar Potassium) 600

Pola Difraksi XRD Sampel R5

500

SiO2

3.3556

Intensitas(cps)

400

300

200

4.2837

100

2.4655 2.2816

2.2421

2.1337

1.822

1.5446

1.6749

1.3737

1.9844

1.2304

0 20

30

40

50

60

70

80

90

Sudut 2 Theta (deg)

Gbr.4.9 Pola difraksi XRD sampel aditif 20%


1.1815

100

44

Tabel 4.9 Hasil Analisa XRD Aditif 20% No Rel.int

Angle

d-value

d-ref

[A]

[A]

fasa

(h k l)

no.ref

[%]

[2theta]

1

100

30.92

3.3556

3.3300

SiO2

101

83-2466

2

29.8

24.105

4.2837

4.2359

SiO2

100

83-2466

3

9.9

42.545

2.4655

2.4675

K5Na5AlSi3O8

150

84-0710

4

8.5

70.775

1.5446

1.5418

K5Na5AlSi3O8

531

84-0710

5

7.5

58.805

1.8220

1.8273

K5Na5AlSi3O8

152

84-0710

6

6

49.57

2.1337

2.1350

K5Na5AlSi3O8

241

84-0710

7

5.8

47.025

2.2421

2.2374

K5Na5AlSi3O8

223

84-0710

8

4.5

64.56

1.6749

1.6812

K5Na5AlSi3O8

353

84-0710

9

4.1

46.035

2.2876

2.2899

K5Na5AlSi3O8

242

84-0710

10

3.6

53.585

1.9844

1.9864

K5Na5AlSi3O8

422

84-0710

11

0.6

38.725

2.6979

2.6018

K5Na5AlSi3O8

312

84-0710


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan terhadap sampel keramik berpori dengan pemberian aditif karbon aktif 0% - 30% dan pembakaran sampai suhu11000 C, dapat disimpulkan bahwa : 1.Semakin besar pertambahan karbon aktif maka semakin besar harga porositasnya 2. Terdapat hubungan yang berbanding terbalik antara banyaknya karbon aktif dengan densitas, kekuatan tekan, dan kekerasan. 3. Besarnya daya absorbsi terhadap gas-gas radikal CO, CO2, dan HC sebanding dengan banyaknya pori (porositas) pada keramik berpori. 4. Pola difraksi sinar x yang dihasilkan untuk 0%, 5%, 10%, 15%, 20%, dan 30% adalah sama , perbedaannya hanya pada besar kecilnya intensitas, sedangkan fasa yang terbentuk adalah silika oksida (SiO), dan Feldspar Potassium (K5Na5AlSi3O8).


46

5.2 SARAN

1. Pembuatan keramik berpori sebaiknya pada suhu diatas 1100º C agar diperoleh hasil yang maksimal, diantaranya kekuatan tekan dan kekerasan yang semakin baik sebab dalam aplikasinya sebagai filter gas buang pada kendaraan bermotor tersebut harus tahan terhadap getaran. 2. Sebaiknya filter yang dibuat lebih tipis, yaitu untuk menghindari pemanasan mesin kendaraan, dan lebih panjang, yaitu agar gas buang kendaraan menyentuh permukaan keramik yang lebih luas.


DAFTAR PUSTAKA

Amethyst Galleries Inc, 2008. The Feldspar Group of Minerals. Glenn A.R. 2007. Bragg,s Law and Diffraction, How Waves Reveal The Atomic Structure of Crystals.Mineral Phisics Institute, SUNY Stony Brook.New York Gurning, J.1994. Pengaruh Karbon aktif Pada Produksi Keramik Terhadap Sifat Mekanisnya. Universitas Sumatera Utara. Skripsi Indah,K.2201 Dampak dan Upaya Penanggulangan Pencemaran Udara.Balitbang Dephan Indonesia. Keramik.Wikimedia Foundation, Inc (Diakses : 11 Januari 2008) Norton, F. H. 1973, Elements of Ceramics, Addison – Wesley Publishing Company Purbasari,A.2005, The Development of Porous Ceramics Product By Extrusion Process in Laboratory Scale.Master Thesis. Bandung – Institute of Tecnology Bandung. Richard,L.H. and Robert,C.Schenck 1989, Process for Producing Porous Ceramic Filter for Filtering of Particulates From Diesel Exhaust Gases. In United State Patent 4871495. US Patent Storm Sahrul E.A 2004 Kajian Pembuatan Karbon Aktif Dari Batubaraagai Autrasit Bukit Asam Menggunakan Metode Kombinasi Teknik Aktifasi Kimia Dan Fisika. Departemen Teknik Pertambangan ITB.Ganesha Digital Library Sasai, R, Masahiro Torazawa, Katsuya Shibaguchi, Hideaki Itoh, 2003, Preparation of Porous Ceramis Materials Dispersed with Activated Carbon from Industrial Solid Wastes and Their Characterization, Journal of Ceramic Society of Japan. Vol 111 (2003) no 1299 (november) pp. 826-830. Sembiring, A.D. 1995 Pembuatan Keramik Berpori dengan Menggunakan Karbon Aktif sebagai Aditifnya, FMIPA USU Medan Sembiring,A.D. 1990 Penguat Bahan Keramik Untuk Konstruksi, Universitas Indonesia. Tesis Smith, W. F 1986, Principles of Materials Science and Engineering, Mc.Graw Hill, New York


48

Sudirjo,E. 2006, Penentuan Distribusi Benzena – Toluena Pada Kolom Absorbsi Fixed - Bed Karbon Aktif, Fak.Teknik UI. Sudjana, 1989, Metode Statistika, Tarsito Bandung Surdia,T.dan Saito Shinroku 1985, Pengetahuan Bahan Teknik, PT. Pradnya Paramita, Jakarta. Syukur,M. 1982, Studi Difraksi Sinar X Mengenai Perubahan Fasa Kaolin Bangka Yang Dipanaskan. Sekolah Pasca Sarjana, ITB, Bandung. Thorton, P.A,Colangelo, Vito J. 1985, Fundamentals of Engineering Materials, Prentise – Hall International, Inc Tugaswati, T .A, 2000 Emisi Gas Buang Kendaraan Bermotor Dan Dampaknya Terhadap Kesehatan. Universitas Indonesia, Jakarta Tugaswati, T. A., Suzuki S., Kiryu Y., Kawada T 1995, Automotive Air Pollution in Jakarta With Special Emphasis on Lead, and Nitrogen Dioksida. In : Japan J of Health and Human Ecologi 61: 261-75 Vander Voort, G.F. 1995 , Metallography, Principles and Practice. McGraw- Book Company. _____Wikipedia Indonesia, Ensiklopedia Bebas Berbahasa Indonesia 2007 www.bplhdjabar, go.id. Mengatasi Pencemaran Udara dengan Euro 2 (diakses 10 Februari 2008) _____www.Distam- propsu.go.id. Proyek Kerja Dinas Pertambangan Sumatera Utara (diakses : 13 Januari 2008) ______1998.Porous Ceramics. In IVF Industrial Research and Development Corp, Argongatan, Sweden _____2001. Porous Ceramics. In Ceramic Application and Industries Served. Refractron Technologies Corp.Newark, New York.


Lampiran A

Tabel Hasil Analisa AAS Bahan Dasar

49


Lampiran C

Tabel Data Pengukuran Massa Sampel Aditif No

Kode Sampel

MSebelum(gr)

MKering (gr)

(%)

1

0

R0.1

4,640

3,968

2

0

R0.2

4,640

3,967

3

0

R0.3

4,640

3,968

4

0

R0.4

4,640

3,969

5

0

R0.5

4,640

3,968

6

0

R0.6

4,640

3,966

7

0

R0.7

4,640

3,970

8

0

R0.8

4,640

3,967

9

0

R0.9

4,640

3,969

10

0

R0.10

4,640

3,968

11

5

R1.1

4,001

3,240

12

5

R1.2

4,001

3,238

13

5

R1.3

4,001

3,241

14

5

R1.4

4,001

3,242

15

5

R1.5

4,001

3,239

16

5

R1.6

4,001

3,244

17

5

R1.7

4,001

3,236

18

5

R1.8

4,001

3,240


55

Tabel (lanjutan) Aditif No

Kode Sampel

MSebelum(gr)

MKering (gr)

(%)

19

5

R1.9

4,001

3,237

20

5

R1.10

4,001

3,243

21

10

R2.1

4,200

3,194

22

10

R2.2

4,200

3,195

23

10

R2.3

4,200

3,196

24

10

R2.4

4,200

3,192

25

10

R2.5

4,200

3,193

26

10

R2.6

4,200

3,194

27

10

R2.7

4,200

3,196

28

10

R2.8

4,200

3,192

29

10

R2.9

4,200

3,195

30

10

R2.10

4,200

3,193

31

15

R3.1

3,926

2,800

32

15

R3.2

3,926

2,798

33

15

R3.3

3,926

2,800

34

15

R3.4

3,926

2,800

35

15

R3.5

3,926

2,802

36

15

R3.6

3,926

2,799


56


Kode Sampel

MSebelum(gr)

MKering (gr)

(%)

37

15

R3.7

3,926

2,800

38

15

R3.8

3,926

2,797

39

15

R3.9

3,926

2,803

40

15

R3.10

3,926

2,800

41

20

R4.1

3,200

2,165

42

20

R4.2

3,200

2,165

43

20

R4.3

3,200

2,163

44

20

R4.4

3,200

2,165

45

20

R4.5

3,200

2,167

46

20

R4.6

3,200

2,168

47

20

R4.7

3,200

2,162

48

20

R4.8

3,200

2,164

49

20

R4.9

3,200

2,166

50

20

R4.10

3,200

2,167

51

30

R5.1

3,700

2,143

52

30

R5.2

3,700

2,100

53

30

R5.3

3,700

2,143

54

30

R5.4

3,700

2,146


57


Kode Sampel

MSebelum(gr)

MKering (gr)

(%)

55

30

R5.5

3,700

2,145

56

30

R5.6

3,700

2,141

57

30

R5.7

3,700

2,143

58

30

R5.8

3,700

2,142

59

30

R5.9

3,700

2,144

60

30

R5.10

3,700

2,143


Lampiran D

Tabel Data Pengukuran Diameter dan Tebal Sampel Aditif

Kode

No (%)

1

0

2

0

3

0

4

0

5

0

6

0

7

0

8

0

9

0

10

0

11

5

12

5

13

5

14

5

15

5

16

5

17

5

DSBL

DKRG

TebalSBL

TebalKRG

2,04

2,00

0,92

0,91

2,08

2,06

0,80

0,86

2,06

2,02

0,94

0,96

2,00

2,00

0,90

0,93

2,02

2,00

1,04

0,91

2,07

2,04

0,92

0,89

2,05

2,04

0,90

0,87

2,01

2,00

0,94

0,90

2,03

2,03

0,90

0,92

2,04

2,01

0,92

0,95

2,00

2,07

0,92

0,90

2,1

2,01

0,90

0,95

2,08

2,05

0,96

0,92

2,06

2,09

0,94

0,96

2,04

2,05

0,92

0,90

2,00

2,03

0,88

0,88

2,09

2,06

0,89

0,84

Sampel

R0.1 R0.2 R0.3 R0.4 R0.5 R0.6 R0.7 R0.8 R0.9 R0.10 R1.1 R1.2 R1.3 R1.4 R1.5 R1.6 R1.7

58


59

Tabel (lanjutan) Aditif

Kode

No (%)

18

5

19

5

20

5

21

10

22

10

23

10

24

10

25

10

26

10

27

10

28

10

29

10

30

10

31

15

32

15

33

15

34

15

DSBL

DKRG

TebalSBL

TebalKRG

2,04

2,02

0,95

0,85

2,06

2,08

0,92

0,91

2,07

2,04

0,92

0,89

2,10

2,10

0,96

0,95

2,05

2,30

0,90

0,97

2,05

2,05

0,94

1,00

2,026

2,08

0,92

0,90

2,07

2,07

0,96

0,84

2,07

2,00

1,02

0,98

2,07

2,02

1,00

0,96

2,05

2,04

1,00

1,00

2,04

2,06

0,98

0,92

2,09

2,05

0,92

1,03

2,05

2,06

0,95

0,93

2,00

2,00

0,90

0,97

2,10

2,04

0,93

0,90

2,08

2,02

0,90

0,97

Sampel



60


Kode

No (%)

35

15

36

15

37

15

38

15

39

15

40

15

41

20

42

20

43

20

44

20

45

20

46

20

47

20

48

20

49

20

50

20

51

30

DSBL

DKRG

TebalSBL

TebalKRG

2,04

2,08

0,91

0,93

2,02

2,02

0,95

0,94

2,03

2,07

1,00

0,92

2,05

2,05

1,00

0,94

2,07

2,09

0,99

0,92

2,06

2,02

0,97

0,93

2,08

2,04

0,84

0,82

2,03

2,01

0,80

0,84

2,10

2,06

0,84

0,80

2,10

2,09

0,82

0,79

2,09

2,10

0,85

0,82

2,10

2,08

0,84

0,82

2,04

2,06

0,83

0,78

2,06

2,02

0,88

0,82

2,07

2,07

0,84

0,85

2,03

2,07

0,86

0,86

2,10

2,10

1,04

1,03

Sampel



61


Kode

No (%)

52

30

53

30

54

30

55

30

56

30

57

30

58

30

59

30

60

30

DSBL

DKRG

TebalSBL

TebalKRG

2,05

2,00

1,08

1,00

2,04

2,05

1,10

1,01

2,09

2,08

1,00

1,08

2,08

2,05

1,04

1,03

2,06

2,07

1,02

1,02

2,05

2,02

1,00

1,05

2,06

2,03

1,01

1,05

2,07

2,09

1,04

1,04

2,05

2,01

1,07

1,06

Sampel

R5.2 R5.3 R5.4 R5.5 R5.6 R5.7 R5.8 R5.9 R5.10


Lampiran E

Tabel Data Pengukuran Silinder (sampel aplikasi) Kode

Aditif

TSBL

TKRG

Sampel

(%)

Sbl

Krg

Sbl

Krg

(cm)

(cm)

1

R0.1

0

1,66

1,68

3,73

3,71

4,20

4,18

2

R0.2

0

1,65

1,67

3,72

3,70

4,21

4,19

3

R0.3

0

1,67

1,68

3,74

3,72

4,19

4,17

4

R1.1

5

1,66

1,68

3,72

3,70

4,13

4,11

5

R1.2

5

1,67

1,69

3,73

3,72

4,14

4,12

6

R1.3

5

1,65

1,67

3,71

3,69

4,12

4,00

7

R2.1

10

1,67

1,68

3,73

3,70

4,27

4,24

8

R2.2

10

1,68

1,67

3,72

3,69

4,26

4,23

9

R2.3

10

1,66

1,65

3,74

3,71

4,28

4,25

10

R3.1

15

1,67

1,69

3,72

3,69

4,00

3,98

11

R3.2

15

1,67

1,69

3,73

3,70

4,00

3,98

12

R3.3

15

1,67

1,69

3,71

3,68

4,00

3,97

13

R4.1

20

1,66

1,68

3,74

3,71

3,89

3,87

No

Diameter dalam(cm)

Diameter luar (cm)

62


63

Tabel (lanjutan) Kode

Aditif

Sampel

(%)

Sbl

Krg

Sbl

14

R4.2

20

1,67

1,69

15

R4.3

20

1,65

16

R5.1

30

17

R5.2

18

R5.3

No

Diameter dalam(cm)

Diameter luar (cm)

TSBL

TKRG

Krg

(cm)

(cm)

3,75

3,72

3,90

3,88

1,67

3,73

3,71

3,87

3,86

1,66

1,68

3,73

3,71

4,30

4,28

30

1,67

1,69

3,72

3,70

4,29

4,27

30

1,65

1,67

3,73

3,70

4,28

4,26


Lampiran F

Tabel Data Pengukuran Volume Silinder Aditif

VDalam (cm3)

VLuar (cm3)

VSilinder (cm3)

Susut Bakar

(%)

Sbl

Krg

Sbl

Krg

Sbl

Krg

(%)

0

5,473

5,513

12,298

12,174

6,825

6,661

2,40

5

5,382

5,420

12,060

11,937

6,678

6,517

2,41

10

5,598

5,592

12,503

12,315

6,905

6,723

2,64

15

5,244

5,280

11,681

11,529

6,437

6,249

2,92

20

5,069

5,104

11,421

11,271

6,352

6,167

2,91

30

5,603

5,644

12,591

12,431

6,988

6,787

2,88


Lampiran G

Tabel Data Hasil-Hasil Pengukuran dan Pengujian Sampel Komponen 0% 5% 10 % 15 % 20 % Pengujian

30 %

Susut

14,48

19,02

23,95

28,67

32,34

42,08

3,02

3,59

1,96

2,06

3,32

2,39

35,54

44,68

48,68

51,57

55,46

63,30

1,361

1,097

1,034

0,977

0,800

0,696

11,485

4,943

3,822

2,078

1,456

0,882

140

118

111

107

105

86

CO

14,76

16,42

17,98

22,35

22,66

27,65

CO2

7,85

16,06

18,80

19,71

22,45

26,09

HC

0,31

7,02

7,33

13,13

11,15

15,11

Massa(%) Susut Bakar (%) Porositas (%) Densitas (gr/cm³) Tekan (105) Pa Kekerasan (VH) Absorb (%)


Lampiran H

REGRESI POROSITAS

n

x

y

x2

y2

xy

1

0

35.539

0

1263.021

0

2

5

44.683

25

1996.57

223.415

3

10

48.681

100

2369.84

486.81

4

15

51.572

225

2659.671

773.58

5

20

55.462

400

3076.033

1109.24

6

30

63.304

900

4007.396

1899.12

∑

80

299.241

1650

15372.53

4492.165

=

(∑ Y )(∑ X )− (∑ X )(∑ XY ) n (∑ X )− (∑ X )

=

(299.241)(1.650)− (80)(4.492.160) 6 (1.650) − (6400)

=

493.747.65 − 359.372.80 134.374 = 3500 3500

2

a

2

2

= 38

b

=

n (∑ XY )− (∑ X )(∑ Y ) n ∑ X 2 − (∑ X )

2

=

6 (4.492.160) − (80)(299.241) 2 6 (1650) − (80)

=

26.952 − 23.939 3.013 = 9.900 − 6400 3500

= 0.86 y

= a ± bx

y

= 38 + 0.86x 66


67

Regresi (R)

=

n ∑ XY − (∑ X )(∑ Y )

{n∑ X

2

}{

− (∑ X ) n ∑ Y 2 − (∑ Y ) 2

2

}

6 (4.492.160 ) − (80 )(299.241)

R

=

R

=

26.952.960 − 23.939.280 (9.900 − 6400)(92.235.060 − 89.545.176)

R

=

3.013.680 (3500)(2.689.884)

R

=

R

= 0,982

{6.(1.650)− (80) }{6(15.372.51)− (299.241) } 2

3.013.680 9.414.594

2

=

3.013.680 3.068.321

Dengan cara yang sama dilakukan untuk data hasil pengujian densitas, kekuatan tekan, dan kekerasan sehingga diperoleh hasil sebagai berikut ini: Densitas

:

a = 1,272 b = 0,020

y = 1,272 + 0,02x

R = 0,952

Kekuatan Tekan

:

a = 8,216

y = 8,216- 0,307x

R = - 0,85

Kekerasan

:

a = 131,16 b = -1,574

b = - 0,307

y = 131,16 -1,574x R = -0,943


Lampiran i

Regresi CO n

X

Y

X2

Y2

XY

1

0

14,76

0

217,857

0

2

5

16,42

2,5

269,616

82,100

3

10

17,98

100

23,280

179,800

4

15

22,66

400

513,475

453,200

5

20

22,66

400

513,475

453,200

6

30

27,65

900

764,522

829,500

∑

80

121,820

1650

2.588.272

1.879.850

(∑ Y )(∑ X )− (∑ X )(∑ XY ) n∑ x − (∑ x ) 2

a

=

2

2

210 .003 −150.388 50.615 = 3500 3500 = 14,46 =

b

=

n (∑ XY )− (∑ X )(∑ Y ) n ∑ X 2 − (∑ X )

2

11.279,100 − 9.745,600 1.533,5 = 3500 3500 = 0,438

=

Y

= 14,46 + 0,438x

R

= =

R

=

n ∑ XY − (∑ X )(∑ Y )

{n(∑ X )− (∑ X ) }{n∑Y 2

2

2

− (∑ Y )

6 (1.879,850 ) − (80 )(121,820 )

2

}

{6.(1650)− (80) }{6(2588,272)− (121,820) } 2

2

1.533,5 = 0,987 2.413.320


68

Lampiran J

Regresi CO2 x2

y2

xy

0

61,622

0

16,06

25

257,923

80,300

10

18,80

100

353,440

188,800

4

15

19,71

22,5

388,484

295,650

5

20

22,45

400

504,002

449,000

6

30

26,09

900

680,688

782,700

∑

80

110,96

1650

2.246,159

179,450

n

x

y

1

0

7,85

2

5

3

=

(∑ Y )(∑ X )− (∑ X )(∑ XY ) n (∑ X )− (∑ X )

=

183,084 − 143.716 3500

2

a

2

2

= 11,248 b.

=

=

n (∑ XY )− (∑ X )(∑ Y ) n ∑ X 2 − (∑ X )

2

6 (1796,45) − (80 )(110,96 ) 6 (1650 ) − (80 )

2

=

10.778,7 − 8.876,8 3500

= 0,543 y

= 11,248 + 0,543x

R)

=

R

=

R

= 0,942

n ∑ XY − (∑ X )(∑ Y )

{n(∑ X )− (∑ X ) }{n∑Y 2

2

2

− (∑ Y )

2

}

10.778,7 − 8,876,8 (3500)(13.476,954 − 12.312,121)


Lampiran K

REGRESI HC

n

X

Y

X2

Y2

XY

1

0

0.31

0

0.0961

0

2

5

7.02

25

49.2804

35.1

3

10

7.33

100

53.7289

73.3

4

15

13.13

225

172.3969

196.95

5

20

11.15

400

124.3225

223

6

30

15.11

900

228.3121

453.3

∑

80

54.05

1650

628.1369

981.65

=

(∑ Y )(∑ X )− (∑ X )(∑ XY ) n (∑ X )− (∑ X )

=

10.650.5 = 3.043 3500

2

a

b

=

=

2

2

n (∑ XY )− (∑ X )(∑ Y ) n ∑ X 2 − (∑ X )

2

5.889.9 − 4.324 = 0.447 3500 n ∑ XY − (∑ X )(∑ Y )

R

=

R

=

R

= 0,91

{n(∑ X )− (∑ X) }{n∑ Y 2

2

2

− (∑ Y )

2

}

5.889.9 − 4.323 (3500)(3.768.804 − 2.921.402)


70

Lampiran L

Foto-Foto Dokumentasi

Gambar. Equotip Hardness Tester

Gambar. Furnace tempat membakar

Gambar. Sampel aplikasi yang sudah dibakar


71

72

Gambar. Cetakan sampel

Gambar. Gas Analyzer

Gambar. Difraktometer Sinar X



FIS

Recommend Documents