RANCANG BANGUN REAKTOR SPRAY DRYING DAN SPRAY PYROLYSIS MENGUNAKAN ULTRASONIC NEBULIZER DAN PEMANAS BERTINGKAT
TUGAS AKHIR Sebuah laporan tugas akhir sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana dari Institut Teknologi Bandung
Oleh Bebeh Wahid Nuryadin 10204045
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG 2008
RANCANG BANGUN REAKTOR SPRAY DRYING DAN SPRAY PYROLYSIS MENGUNAKAN ULTRASONIC NEBULIZER DAN PEMANAS BERTINGKAT
TUGAS AKHIR Sebuah laporan tugas akhir sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana dari Institut Teknologi Bandung
Oleh Bebeh Wahid Nuryadin 10204045
Bandung,
Juni 2008
Menyetujui Pembimbing I
Pembimbing II
Dr. Eng. Mikrajuddin Abdullah NIP : 132084479
Dr. Eng. Khairurrijal NIP : 131967089
Aku persembahkan untuk Allah SWT, Rasullulah SAW Ibu, Ayah dan Adikku dan spesial buat adik dan kakak mentorku.
Sesunguhnya dalam penciptaan langt dan bumi, silih bergantinya malam dan siang terdapat tanda tanda bagi orang yang berakal. Q.S ÂLI ‘IMRAN [3] : 190 Maka Maha Tinggi Allah, Raja yang sebenarNya; tidak ada tuhan selain Dia, Tuhan (yang mempunyai) Arasy yang mulia Q.S AN-NÛR [24] : 116 Ku ucapkan kata-kata berulang untuk memastikan kita selalu ada disamping jalan panjang ini. Ku bentangkan kain kehidupan agar diri ini mengalami hitam-putih kehidupan. Ku katakan dengan lugas “Ku ingin kita kan selalu berada dijalan perjuangan ini bersama-sama”. Bandung, 11 Juni 2008 -Adhin-
ABSTRAK
Perkembangan nanosains dan nanoteknologi saat ini sangat pesat, banyak perubahan yang akan terjadi baik itu dibidang sains maupun dibidang industri. Dalam pabrikasi material nanostruktur banyak metoda yang ditawarkan saat ini, salah satu metoda yang sangat aplikatif dan memiliki banyak keungulan dalam pabrikasi material adalah metoda Spray Drying dan metoda Spray Pyrolysis pada prinsipnya kedua metoda ini memanfaatkan droplet (spray larutan) dengan ukuran 6-10 µm sebagai perantara pembentuk partikel. Dengan menguapkan pelarut dari dalam droplet maka material yang terkandung didalam droplet akan menjadi partikel padat. Pengaturan parameter-parameter pabrikasi material dengan metoda ini sangatlah penting. Dalam tugas akhir ini akan dibahas rancang bangun reaktor Spray drying dan Spray pyrolysis mengunakan Ultrasonic Nebulizer sebagai pembentuk droplet dan pemanas bertingkat yang terkontrol. Selanjutnya metoda ini ditunjukan kemampuan deposisi material nanostruktur TiO2 dan partikel Y2O3:Eu.
Untuk
mengetahui
ukuran,
bentuk
dan
morfologi
material
dikarakterisasi dengan Scanning Electron Microscope (SEM). Kata kunci : Nanosains, Nanoteknologi, Spray Drying, Spray Pyrolysis, Ultrasonic Nebulizer, TiO2 dan Y2O3:Eu.
ABSTRACT Recent nanosains and nanotechnology development , are significant. There are so many changes that happen in both scientific and industry world. We know that there are so many method that can be used in material and nanostructure fabrication, and the most aplicative method in material fabrication are spray drying and spray pyrolysis. Both method are using droplet which size is about 610 micrometer to create particle. By steaming (drying) the solution from inside the droplet, the material that exist inside the droplet will change its shape to a solid particle. Parameter of material fabrication in this method are very important. This thesis will discuss about spray drying and spray pyrolysis reactor prototype using ultrasonic nebulizer as the atomizing of the droplet, and a controllable multistep heater. Further, this thesis will discuss about TiO2 nanostructure and Y2O3:Eu particle material deposition ability. To get the information about its size, shape and marphology, the material are characterized using Scanning
Electron
Microscope (SEM). Key word : Nanoscience, nanotechnoloy, spray drying, spray pyrolysis, ultrasonic nebulizer, TiO2 and Y2O3:Eu.
PEDOMAN PENGUNAAN
Tugas Akhir yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di Perpustakaan Institut Teknologi Bandung, adalah terbuka untuk umum dengan ketentuakn bahwa hak cipta ada pada pengarang. Referensi perpustakaan dicatat, tetapi pengutipan atau ringkasan hanya dilakukan seizin pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan sumbernya. Memperbanyak atau menerbitkan sebagaian atau seluruh Tugas Akhir harus seizin Institut Teknologi Bandung.
UCAPAN TERIMA KASIH
Puja dan puji serta syukur penyusun sampaikan kepada Allah SWT, tiada tuhan selain Dia pengengam kehidupan alam semesta. Rabb, yang telah memberikan kenikmatan dan pertolongan-Nya dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Shalawat dan salam semoga tercurah bagi junjungan Nabi Muhammad SAW karena dengan perjuangannya nilai-nilai islam selalu terjaga. Ucapan terima kasih yang sebesar-besarnya saya sampaikan kepada Yth. Dr. Eng. Mikrajuddin Abdullah dan Dr. Eng. Khairurrijal sebagai pembimbing, motivator, inspirasi dan saran-saran yang sangat membantu penyusun dalam menyelesaikan studi di program studi fisika ITB. 1. Ketua Program Studi Fisika dan seluruh staff. Atas saran dan bantuannya dalam menyelesaikan pendidikan difisika ITB. 2. Seluruh staf dosen pengajar difisika ITB 3. Kepada orang tua. Drs. Ilin Nuryadin dan Cucu Mardiyah yang selalu memberikan semangat, dorongan dan motivasi untuk meyelesaikan studi difisika ITB dan untuk selalu ingat kepada Allah SWT. 4. Rekan reakn di Laboratorium Sintesis dan Fungsioanalisasi Nanomaterial, Mas Hadiyawarman, Tante Anggie Dewi Sonya, Om Rifqy, Mbak Astuti, Teh Indah, Uda Aris, dan Bibi Novi. 5. Bapak dan Ibu peserta program doktoral dikelompok keahlian fisika material elektronik terutama Pak Yulkifli, Ibu Fatimah, dan Pak Agus. 6. Sahabat seperjuangan di KARISMA ITB, Nur Ibrahim, Hari Solagratia, Yopie Janitra, Hafidz Effendi, Tita Slafiyah, Sri Candra Rahmatika, Rahmany dan sahabat-sahabat lainnya yang selalu memberikan ilmu dan kebahagiaan dalam perjuangan selama dikarisma. 7. Semua pihak yang telah membatu penyusun dalam menyelesaikan pendidikan dan tugas akhir ini. Semoga Allah SWT memberikan balasan syurga bagi kita semua.
Apabila dalam tugas akhir ini ditemukan ada kesalahan atau kekurangan, sekirannya penulis harapkan adanya kritikan dan saran yang saling membangun dan berkontribusi dalam pengembangan ilmu pengetahuan ini. Semoga hasil ini dapat memberikan manfaat untuk mempelajari dan perkembangan fisika nanomaterial. Penulis
DAFTAR ISI
ABSTRAK
....................................................................................
i
DAFTAR ISI
....................................................................................
ii
DAFTAR TABEL
....................................................................................
iii
BAB I PENDAHULUAN
........................................................................
1
Latar Belakang Penelitian
........................................................................
1
1.1 Tujuan Penelitian ........................................................................ 1.2 Permasalahan dan Ruang Lingkup
..........................................
1.3 Kerangka Pemikiran dan Rencana Penelitian .................................... 1.4 Sistematika Penyajian
............................................................
2.1 Spray Pyrolysis dan Spray Drying
2.2.1 Stabilitas Droplet
2
2
........................................................................
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.2 Parameter Pabrikasi
2
3 4
...................................................
5
........................................................................
7
........................................................................
7
2.2.2 Efek Hidrodinamika
............................................................
10
2.2.3 Teori Evaporasi Droplet
............................................................
12
....................................................................................
15
2.4 Karakterisasi Material Scanning Electron Microscope (SEM) ............
17
2.3 Reaktor
BAB III RANCANGA BANGUN REAKTOR SPRAY DRYING DAN SPRAY PYROLYSIS 3.1 Pemilihan Sistem ....................................................................................
18
3.2 Sistem Reaktor Spray Drying/Spray Pyrolysis.
...................................
18
3.2.1 Sistem Aliran Fluida Spray Drying/Spray Pyrolysis.......................
19
3.2.2 Sistem Kontrol Atomizer
20
............................................................
3.2.3 Sistem Kontrol Pemanasan Reaktor
.........................................
21
....................................
25
........................................................................
25
BAB IV RANCANGAN PENELITIAN SPRAY DRYING DAN SPRAY PYROLYSIS 4.1 Uji Kerja Pemanas
4.2 Sintesis Partikel Nanomaterial
............................................................
26
4.2.1 Spray Drying
........................................................................
27
4.2.2 Spray Pyrolysis
........................................................................
29
4.3 Karakterisasi Material dengan Scanning Electron Microscope (SEM) …
31
BAB V ANALISIS HASIL PERCOBAAN DAN DISKUSI
.........
32
5.1 Karakteristik Sistem Reaktor
............................................................
32
5.1.1 Daerah Kerja Pemanas
............................................................
32
........................................................................
32
5.2 Perolehan Material Nanostruktur ............................................................
33
5.1.2 Laju Deposisi
5.2.1 Perolehan Material Nanostruktur Dengan Metoda Spray Drying
33
5.2.2 Perolehan Material Nanostruktur Dengan Metoda Spray Pyrolysis
39
BAB VI SIMPULAN DAN SARAN
...................................................
45
6.1 Simpulan
....................................................................................
45
6.2 Saran
....................................................................................
45
........................................................................
46
....................................................................................
48
DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN
