PROSES PEMBUATAN FILTER AIR DARI KARBON-AKTIF DAN SILIKA-AKTIF MELALUI TAHAP GRANULASI

PROSES PEMBUATAN FILTER AIR DARI KARBON-AKTIF DAN SILIKA-AKTIF MELALUI TAHAP GRANULASI

TUGAS AKHIR SARJANA Diajukan untuk memenuhi persyaratan kelulusan Program Strata-1 Program Studi Teknik Material

OLEH: IBNU MAULANA YUSUF 137 02 051

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008

Lembar Pengesahan

LEMBAR PENGESAHAN Laporan Tugas Akhir MT-40Z1 Program Studi Teknik Material – Institut Teknologi Bandung

Judul Penelitian Tugas Akhir: PROSES PEMBUATAN FILTER AIR DARI KARBON-AKTIF DAN SILIKA-AKTIF MELALUI TAHAP GRANULASI

Nama Mahasiswa

: Ibnu Maulana Yusuf

NIM

: 137 02 051

Telah diperiksa dan disetujui pada, Tanggal Di

: :

Pembimbing,

Dr. Ir. Bambang Sunendar Purwasasmita NIP: 131 471 326

Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Lembar Pengesahan

PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JL. GANESHA 10 BANDUNG 40132 TELP/FAX : 022-2508144

TUGAS SARJANA

Diberikan kepada

: Ibnu Maulana Yusuf

Dosen Pembimbing

: Dr. Ir. Bambang Sunendar

Jangka Waktu Penyelesaian : 1 (Satu) Tahun Judul

: Proses Pembuatan Filter Air dari Karbon-aktif dan Silika-aktif Melalui Tahap Granulasi

Tujuan Penelitian

:

1. Sebagai studi-lanjut dari penelitian tentang proses pembuatan filter air, 2. Mengetahui pengaruh komposisi terhadap kekuatan filter air yang dibuat, baik dari karbon-aktif maupun silika-aktif, 3. Mencari komposisi yang optimal untuk membuat filter air dari karbon-aktif dan silika-aktif, 4. Mengetahui kualitas air hasil proses filterisasi menggunakan filter karbonaktif dan silika-aktif, sebagai bahan pertimbangan dalam penerapannya pada saluran air rumah-tangga, 5. Mengetahui kualitas filter air yang dibuat.

Bandung, Februari 2008 Pembimbing

Dr. Ir. Bambang Sunendar NIP. 131471326

Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Oasis

‘Even ceramics must be burned to make it strong and artistic’

Sesungguhnya perintah-Nya apabila Dia menghendaki sesuatu, hanyalah berkata kepadanya:”Jadilah!” maka terjadilah ia. Maka Maha Suci (Allah) yang ditangan-Nya kekuasaan atas segala sesuatu dan kepada-Nya-lah kamu dikembalikan. (Yãsin: 82–83)

Dedicated to: My beloved Mom & Dad And also My Brothers & Sisters

Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Abstrak/ Abstract

ABSTRAK

Kualitas media filterisasi akan dipengaruhi oleh keaktifan dan luas permukaan yang dimilikinya. Secara teori, luas permukaan akan semakin besar jika ukuran partikelnya semakin kecil. Dalam aplikasinya, ukuran partikel yang terlalu kecil akan menghambat laju filterisasi karena pori-pori antar-partikel terlalu kecil untuk dilewati molekul air. Pada penelitian ini, dilakukan percobaan pembuatan filter air dari bahan karbon dan silika, dengan ukuran partikel yang halus (<106 μm). Untuk meningkatkan laju filterisasi, partikel tersebut digranulasi dan di-pressing. Dengan demikian, diharapkan air yang difilterisasi akan melewati pori-pori antargranul dan antar-partikel sehingga memungkinkan air untuk mengalir lebih cepat namun tetap mengalami proses filterisasi yang optimal. Filter dibuat dengan variasi komposisi aditif (larutan PVA-PEG 400) berdasarkan persen berat: 20%, 25%, 30%, 35%, dan 40%. Pengujian terhadap kualitas air hasil filterisasi menggunakan karbon-aktif menunjukkan kadar TDS (Total Dissolve Solids) yang semakin meningkat seiring dengan bertambahnya komposisi aditif, yaitu dari 360 mg/L menjadi 560 mg/L. Sedangkan pengujian terhadap kualitas air hasil filterisasi menggunakan silikaaktif menunjukkan bahwa kadar Fe terlarut tidak berubah (<0,042 mg/L) dan kadar Mn terlarut yang cenderung menurun (dari 0,829 mg/L menjadi 0,687 mg/L), dengan bertambahnya komposisi aditif. Hasil pengujian kekuatan lentur menujukkan bahwa kuat lentur filter karbon mengalami peningkatan dengan semakin banyaknya komposisi aditif yang ditambahkan, yaitu dari 1,05 MPa menjadi 2,09 MPa. Sedangkan kekuatan lentur filters silika mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya komposisi aditif, yaitu dari 1,67 MPa menjadi 0,23 MPa.

Kata kunci: Karbon-aktif, Silika-aktif, Granulasi, Kuat-lentur, Adsorpsi. i Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Abstrak/ Abstract

ABSTRACT

Performance of filter media depended on both of the surface area and surface activities. Since, the surface area will be determining the numbers of contaminants, and the surface activities will conclude the types of contaminant that can be adsorbed. The surface area will be highest if the particle sizes were reduced. However, reducing the particle size will influences to the filtration rate. The research has been conducted for small particle size (<106 μm) of carbon and silica sand. Then to optimize the filtration rate and strengthening the media, granulation process were done before the press-forming. Such that, water will through the media by both the inter-granular and trans-granular pores. The filter media were processed by varying the composition of additive (PVA-PEG 400 solution) in percent weight, as: 20%, 25%, 30%, 35%, and 40%. TDS test on water filtered with activated carbon shows that the numbers of parameter are increase by increasing the additive composition, in the range of 360 mg/L to 560 mg/L. For Fe-Mn test conducted on activated silica filtering water showing a constant value of Fe content, that is <0.042 mg/L. But, the Mn content was decreased in the additive composition increased, by range of 0.829 mg/L to 0.687 mg/L. Flexural-strength test for carbon membrane shows that the strength was increase with increasing the additive composition, by range of 1.05 MPa to 2.09 MPa. In the other hand, the strength of silica’s membrane was decreased by the additive composition increased, in the range of 1.67 MPa to 0.23 MPa.

Keywords: Activated-carbon, Activated-silica, Granulation, Flexural-strength, Adsorption.

ii Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Kata Pengantar

KATA PENGANTAR Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuhu. Alhamdulillahirabbil‘alamin, segala puji bagi Allah SWT. atas segala rahmat dan kasih-sayang yang senantiasa tercurahkan kepada penulis sehingga penulis selalu mendapatkan kekuatan untuk mengemban amanah sebagai mahasiswa di kampus Institut Teknologi Bandung ini. Penulis pun mengucapkan syukur yang tidak terhingga karena pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan judul ‘Proses Pembuatan Filter Air dari Karbon-aktif dan Silika-aktif Melalui Tahap Granulasi’ ini. Laporan tugas akhir ini penulis susun sebagai pemenuhan syarat untuk menyelesaikan pendidikan strata-1 di Program Studi Teknik Material, Institut Teknologi Bandung. Pada kesempatan ini, penulis juga ingin menyampaikan ucapan terimakasih yang tulus kepada: 1. Dr. Ir. Bambang Sunendar Purwasasmita, selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktunya untuk berbagi ilmu dan pengalaman, memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis selama mengerjakan tugas akhir ini, 2. Dr. Ir. Aditianto Ramelan, selaku dosen wali yang selalu memberikan nasehat yang berharga dan dorongan semangat kepada penulis untuk terus maju dalam meraih cita-cita, 3. Seluruh staf pengajar di Teknik Material yang telah membagi ilmu dan pengetahuan yang berharganya kepada penulis, 4. Pak Rosyid dan Pak Abdul, selaku teknisi di Lab. Proses Material Teknik Fisika yang telah banyak membantu penulis dalam membuat dan memperbaiki peralatan tugas akhir yang penulis perlukan., 5. Seluruh staf teknisi dan karyawan Teknik Material: Pak Tatang, Pak Jai, Pak Akhmadi, Pak Maskun, Pak Lala, Pak Idrus, Bu Wiwi, Bu Iis, dan Bu Wulan, atas bantuan dan kerjasamanya selama penulis kuliah di Teknik Material ITB, 6. Pak Sularto, karyawan Balai Besar Keramik yang telah banyak berdiskusi dan membantu penulis dalam membuat sampel, iii Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Kata Pengantar

7. Bu Sukmawati dan Pak Eko, karyawan PUSAIR Bandung yang telah membantu penulis dalam memahami parameter-parameter kualitas air bersih melalui diskusi-diskusinya, 8. Teh Iin dan Kang Ahmad, atas kesediaanya berdiskusi, berbagi ilmu dan pengetahuannya dalam membuat filter air, 9. Viko, Rangga, Jaja, Syahid, Sukma, M. Reza, Krisna, Erwien, Nahar, Hafiz, Rifqi, Helmi, dan Dimas serta rekan-rekan Teknik Material 2001, 2002, dan 2003 lainnya yang namanya tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu, 10. Rekan-rekan seperjuangan di Lab. Proses Material, yaitu: Karso, Mega, Mahe, Tumpal, Ari, Josafat, Irwan, dan Galih, atas kebersamaannya selama ini, 11. Rekan-rekan seperjuangan dari Jatiwangi, yaitu: A’Fuad, De’Rani. Dede, Rizky, Ridho, Huda, Harry, Isa, Edwin, Dadan, Iah, dan Yopie, atas persaudaraan yang terbangun selama ini, 12. Rekan-rekan seperjuangan di Kabinet KM–ITB: Dwi, Jalu, Ghozy, Febri, Galih, Mukhlis, Luthfi, Oki, Rubadi, Amir, Megawati, Ninda, dan Puput. 13. Bapak Shukri beserta Ibu Shukri yang telah memberikan bantuan baik moril maupun materiil selama penulis kuliah di ITB, 14. Kakak-kakak dan adik-adik tercinta, terutama Teh Nessy, A’Sam, Teh Vifi, Harun, Siti, Lin, Dety, Satria, M. Darojat, dan Kyky Maulani, serta 15. Ibunda dan ayahanda tercinta, atas setiap tetesan keringat yang dikucurkan untuk membesarkan penulis dan membiayai penulis selama ini. Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini, masih jauh dari sempurna dan banyak terdapat kekurangan. Dan sebagaimana kata pepatah ‘bahkan gading terbaik pun memiliki retak’, oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun akan sangat penulis harapkan. Semoga kehadiran laporan ini bermanfaat bagi kita semua. Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuhu.

Bandung, Februari 2008 Ibnu Maulana Yusuf [137 02 051] iv Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Daftar Isi

DAFTAR ISI

ABSTRAK

[i]

ABSTRACT

[ii]

KATA PENGANTAR

[iii] [v]

DAFTAR ISI DAFTAR GAMBAR

[vii]

DAFTAR TABEL

[ix]

DAFTAR LAMPIRAN

[x]

BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang

[1]

I.2. Permasalahan

[2]

I.3. Tujuan Penelitian

[4]

I.4. Batasan Masalah

[4]

I.5. Metodologi Penelitian

[5]

I.6. Sistematika Penulisan

[5]

BAB II DASAR TEORI II.1. Pemurnian Air

[6]

II.2. Media Filterisasi

[7]

II.2.1. Karbon-aktif

[8]

II.2.2. Silika-aktif

[9]

II.2.3. Proses Filterisasi II.3. Proses Pembuatan Media Filterisasi

[11] [13]

II.3.1. Pencampuran Material dan Aditif (Mixing)

[13]

II.3.2. Pembentukan Granul (Granulation)

[14]

II.3.3. Pembentukan Green-Body (Press-forming)

[16]

BAB III PERCOBAAN III.1. Diagram Alir Percobaan

[17]

III.2. Tahap Persiapan

[18]

v Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Daftar Isi

III.2.1. Pengayakan Bahan Baku (Material Sieving)

[18]

III.2.2. Pembuatan Larutan Aditif

[19]

III.2.3. Pembuatan Granul

[20]

III.2.4. Pembuatan Larutan KMnO4

[21]

III.3. Tahap Pembetukan (Forming)

[21]

III.4. Tahap Pengeringan dan Pembakaran

[23]

III.5. Pengujian dan Karakterisasi

[24]

III.5.1. Pengujian

[24]

III.5.2. Karakterisasi

[26]

BAB IV DATA DAN ANALISIS IV.1. Hasil Pengujian

[28]

IV.1.1. Pengujian Efektivitas Filter

[28]

IV.1.2. Pengujian Kekuatan Lentur

[31]

IV.2. Hasil Karakterisasi

[35]

IV.2.1. Luas Permukaan Spesifik (Metode BET)

[35]

IV.2.2. Scanning Electron Microscope (SEM)

[36]

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan

[41]

V.2. Saran

[42] [43]

DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN Lampiran 1.

Daftar senyawa-senyawa yang dapat dan tidak-dapat diadsorpsi oleh karbon-aktif

[45]

Lampiran 2.

Data hasil pengujian kuat-lentur filter

[47]

Lampiran 3.

SK Menteri Kesehatan no.907 tahun 2002

[49]

Lampiran 4.

Hasil SEM filter karbon-aktif

[50]

Lampiran 5.

Hasil SEM filter silika-aktif

[56]

vi Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Daftar Gambar

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1.

Aliran air melalui pori-pori pada granul dan antar-granul

[3]

Gambar 1.2.

Contoh filter silika-aktif (tampak atas)

[3]

Gambar 2.1.

Karbon dari tempurung kelapa, sebelum dan setelah proses aktivasi

[8]

Gambar 2.2.

Mekanisme adsorpsi senyawa organik oleh karbon-aktif.

[9]

Gambar 2.3.

Silika dalam bentuk pasir dan gelas yang dipergunakan pada pemurnian air di Orangedale-Kanada

Gambar 2.4.

[10]

Mekanisme pertukaran ion dan adsorpsi pada filter silika yang diaktivasi mnggunakan oksidator kuat

[10]

Gambar 2.5.

Perbedaan antara adsorpsi dan absorpsi

[11]

Gambar 2.6.

Penurunan performansi filter seiring dengan semakin banyaknya volume fluida yang difilterisasi

Gambar 2.7.

[12]

Proses pembentukan pada keramik berdasarkan tekanan yang dibutuhkan dan kadar air yang dipergunakan

[13]

Gambar 2.8.

Mekanisme yang berlangsung selama mixing

[14]

Gambar 2.9.

Pembuatan granul dengan roll

[15]

Gambar 2.10.

Proses granulasi dengan cara ekstrusi

[15]

Gambar 2.11.

Granul mmiliki flowability yang sangat baik sehingga dapat meningkatkan packing-density

Gambar 3.1.

[15]

Skema proses pembuatan filter air dari karbon serbuk dan pasir silika

[17]

Gambar 3.2.

Mesin pengayak yang terdapat di lab. Material Proses

[18]

Gambar 3.3.

Pembuatan larutan aditif

[19]

Gambar 3.4.

Proses ekstrusi granul

[20]

Gambar 3.5.

KMnO4: sebelum dan setelah dilarutkan dalam air

[21]

Gambar 3.6.

Proses pressing menggunakan hydraulic-pressing

[22]

Gambar 3.7.

Mekanisme kompaksi pada uni-axial pressing

[22]

vii Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Daftar Gambar

Gambar 3.8.

Produk hasil pressing

[23]

Gambar 3.9.

Pengeringan dan pembakaran filter

[23]

Gambar 3.10.

Sampel untuk pengujian efektivitas filterisasi

[24]

Gambar 3.11.

Pengujian efektivitas filterisasi

[25]

Gambar 3.12.

Sampel uji kekuatan lentur

[25]

Gambar 3.13.

Pengujian kuar-lentur filter

[26]

Gambar 3.14.

Alat karakterisasi Brunauer, Emmett, Teller (BET)

[26]

Gambar 3.15.

Alat karakterisasi Scanning Electron Microscope (SEM)

[27]

Gambar 4.1.

Grafik data hasil pengujian Total Dissolve Solids (TDS)

[28]

Gambar 4.2.

Grafik data hasil pengujian Fe-Mn

[30]

Gambar 4.3.

Skema pembebanan three-point bending

[31]

Gambar 4.4.

Grafik data hasil pengujian kuat-lentur filter

[32]

Gambar 4.5.

Peningkatan dnsitas pada liquid-phase sintering

[33]

Gambar 4.6.

Pengaruh kadar plasticizer terhadap jarak antar-partikel

[34]

Gambar 4.7.

Filter silika yang dihasilkan dari proses pressing

[34]

Gambar 4.8.

Hasil Scanning Electron Microscope (SEM) pada filter karbon-aktif

[36]

Gambar 4.9.

Perbedaan distribusi densitas pada produk uni-axial press

[38]

Gambar 4.10.

Hasil Scanning Electron Microscope (SEM) pada filter silika-aktif

[39]

viii Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Daftar Tabel

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1.

Luas permukaan untuk beberapa jenis material

[7]

Tabel 2.2.

Berbagai metode pembentukan pada keramik

[16]

Tabel 3.1.

Variasi komposisi berat material terhadap aditif

[20]

Tabel 4.1.

Data hasil Pengujian Total Dissolve Solids (TDS)

[28]

Tabel 4.2.

Data hasil pngujian kadar besi dan mangan (Fe-Mn)

[29]

Tabel 4.3.

Data hasil pengujian kuat-lentur filter karbon dan silika

[31]

Tabel 4.4.

Data hasil karakterisasi luas permukaan spesifik

[35]

ix Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051

Daftar Lampiran

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran L.1.1.

Bahan kimia dengan tingkat probabilitas very-high

[45]

teradsorpsi oleh karbon-aktif Lampiran L.1.2.

Bahan

kimia

dengan

tingkat

probabilitas

high [46]

teradsorpsi oleh karbon-aktif Lampiran L.1.3.

Bahan kimia dengan tingkat probabilitas moderate [46] teradsorpsi oleh karbon-aktif

Lampiran L.1.4.

Bahan kimia dengan tingkat probabilitas unlikely to be [46] effective teradsorpsi oleh karbon-aktif

Lampiran L.2.1.

Data hasil pengujian kekuatan lentur filter karbon-aktif

[47]

Lampiran L.2.2.

Data hasil pengujian kekuatan lentur filter silika-aktif

[48]

Lampiran L.3.1.

Daftar bahan anorganik

[49]

Lampiran L.3.2.

Daftar bahan organik, disinfektan dan hasil

[49]

sampingannya Lampiran 4.

Lampiran 5.

Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (20% Aditif)

[51]

Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (25% Aditif)

[52]

Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (30% Aditif)

[53]

Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (35% Aditif)

[54]

Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (40% Aditif)

[55]

Data hasil SEM pada filter silika-aktif (20% Aditif)

[57]

Data hasil SEM pada filter silika-aktif (25% Aditif)

[58]

Data hasil SEM pada filter silika-aktif (30% Aditif)

[59]

Data hasil SEM pada filter silika-aktif (35% Aditif)

[60]

Data hasil SEM pada filter silika-aktif (40% Aditif)

[61]

x Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung

Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051