Carbon Foam Berbahan Dasar Fine Coal Sebagai Kandidat Insulator Termal
CARBON FOAM BERBAHAN DASAR FINE COAL
SEBAGAI KANDIDAT INSULATOR TERMAL
DODI IRWANDI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Carbon Foam Berbahan
Dasar Fine Coal Sebagai Kandidat Insulator Termal adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2016
Dodi Irwandi
NIM G451130161
RINGKASAN
DODI IRWANDI. Carbon Foam Berbahan Dasar Fine Coal Sebagai Kandidat
Insulator Termal. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD dan KOMAR
SUTRIAH.
Fine coal merupakan limbah padat pengolahan batu bara. Potensi jumlahnya
sangat besar di Indonesia maupun dunia. Fine coal masih mengandung batu bara
dengan jumlah yang cukup tinggi. Karena hal tersebut fine coal dimanfaatkan
sebagai briket untuk sumber energi panas pada industri logam dan semen serta
pembangkit listrik skala kecil. Akan tetapi pemanfaatan ini menyebabkan
pencemaran udara, yaitu akibat abu terbang dan belerang yang dihasilkan dari
proses pembakarannya. Beberapa penelitian dilakukan untuk pemulihan fine coal
sehingga kandungan batu baranya dapat dimanfaatkan kembali seperti layaknya
batu bara berkualitas. Di antara metode yang digunakan, yaitu flotasi dan
aglomerasi.Namun kedua metode tersebut membutuhkan banyak pereaksi
sehingga mahal dalam penggunaannya jika diaplikasikan dalam skala besar.
Pada penelitian ini fine coal digunakan sebagai bahan dasar pembuatan
carbon foam. Fine coal dicampur dengan resin fenolik dengan beberapa
komposisi fine coal, yaitu 30, 35, 40, 45 dan 50%. Campuran kemudian
dipanaskan sampai dengan suhu 330 oC dalam atmosfer nitrogen dengan
kecepatan kenaikan suhu 5 oC/menit. Pada suhu 130 oC dan 235 oC suhu ditahan
masing-masing selama 45 menit dan 60 menit.
Carbon foam hasil sintesis kemudian dikarakterisasi meliputi densitas,
porositas, kuat tekan, resistensi oksidasi, insulasi termal, dan mikrostruktur. Uji
insulasi termal menggunakan pendekatan indeks insulasi dengan styrofoam
sebagai pembanding. Hasil pengujian menunjukkan nilai densitas dan kuat tekan
berbanding lurus dengan kenaikan komposisi fine coal, sedangkan porositas
sebaliknya. Resistensi oksidasi sampai dengan komposisi 45% menunjukkan nilai
yang berbanding lurus dengan kenaikan komposisi fine coal. Pengamatan
mikrostruktur terhadap komposisi 40 dan 45% menunjukkan sebaran pori yang
tidak teratur dan ukuran diamater yang tidak seragam. Ada kecenderungan pada
komposisi 30, 35 dan 50% menunjukkan keadaan mikrostruktur yang sama.
Indeks insulasi suhu 34 sampai dengan 50 oC menunjukkan nilai yang hampir
sama dari semua komposisi. Dibandingkan dengan styrofoam, produk sintesis
carbon foam dari semua komposisi memberikan nilai indeks insulasi yang lebih
besar, yaitu 50-150% pada rentang suhu 34-50 oC. Hal ini memberikan informasi
bahwa carbon foam memiliki sifat insulasi termal yang lebih baik dari styrofoam
pada rentang suhu tersebut.
Kata kunci: Carbon foam, fine coal, insulasi termal.
SUMMARY
DODI IRWANDI. Carbon Foam Prepared from Fine Coal as Thermal Insulator
candidate. Supervised by ZAINAL ALIM MAS’UD and KOMAR SUTRIAH.
Fine coal is coal processing solid waste. It potential numbers is very large
both in Indonesia and the world. Fine coal still contains coal with high enough
quantities. Fine coal briquettes is made for a heat source in small-scale power
generation, metals and cement industries. However, it release fly ash and sulfur
that is harmful to the environment. Several methods have been developed for the
recovery of fine coal that was flotation and agglomeration. However, these
methods required much reagent which needed a higher cost.
In this study, the fine coal was used as a precursor for the manufacture of
carbon foam. Fine coal and phenolic resins which have been crushed to 1600 oC) (Rogers et al.
2009). Pada penelitian digunakan suhu < 600 oC sehingga produk carbon foam
yang dihasilkan termasuk jenis green foams. Green foams memiliki kemampuan
hantaran termal yang rendah sehingga baik digunakan sebagai material insulasi
termal.
Parameter suhu pada proses sintesis dikonfirmasi dengan analisis TGA
terhadap campuran bahan baku komposisi fine coal 40% (Gambar 4). Analisis
TGA ini dilakukan untuk mengetahui pola pengurangan bobot selama pemanasan
pada proses sintesis. Berdasarkan data TGA pada saat suhu 130 oC ditahan selama
45 menit terjadi pengurangan bobot sebesar 5% dan pada suhu 235 oC selama 60
menit pengurangan bobot sebesar 13% dan pada suhu akhir sintesis 330 oC
sebesar 20%. Pengurangan bobot cenderung konstan pada suhu di atas 600 oC.
Hal ini menunjukkan pada suhu diatas 600 oC kandungan asiri sudah habis dan
pembentukan karbon sudah sempurna.
Pemilihan suhu 330 oC sebagai suhu akhir pada sintesis didasarkan pada
penelitian pendahuluan. Pada penelitian pendahuluan telah dilakukan carbon
foam menggunakan suhu akhir 500 oC, 400 oC dan 330 oC. Produk yang
dihasilkan pada suhu 500 oC dan 400 oC bersifat sangat rapuh dan mudah hancur
sedangkan pada suhu 330 oC dihasilkan produk yang secara struktur lebih kuat
sehingga suhu ini dipilih sebagai suhu akhir yang digunakan untuk sintesis.
Keadaan produk sintesis pada suhu 400 dan 500 oC yang rapuh ini
disebabkan oleh keterbatasan cetakan yang tidak dirancang mengontrol tekanan.
Padahal tekanan merupakan salah satu faktor yang berperan menentukan kekuatan
struktur carbon foam (Yong-gang et al. 2009). Semakin tinggi tekanan maka
semakin kuat struktur carbon foam yang dihasilkan dan sebaliknya rapuh.
8
Gambar 4 Kurva TGA komposisi fine coal 40% dalam campuran
Produk sintesis carbon foam tersaji pada Gambar 5. Pengamatan visual
menunjukkan FC30 memiliki struktur permukaan yang lebih kasar dan pori yang
lebih besar dibandingkan FC35. Permukaan semakin halus terlihat pada FC40 dan
FC45. Hal ini diduga berhubungan dengan pelepasan kandungan asiri yang
semakin menurun dan kandungan mineral yang semakin meningkat dengan
meningkatnya komposisi fine coal. Kandungan asiri berfungi sebagai pembentuk
pori sedangkan mineral dapat menutup pori yang terbentuk.
Pada FC50 terlihat partikel fine coal yang tidak terikat oleh resin fenolik.
Keadaan ini memberikan informasi bahwa bahwa fine coal yang dapat digunakan
pada sintesis tidak lebih dari 50% terhadap total campuran.
Gambar 5 Carbon foam dari (a) FC30, (b) FC35, (c)
FC40, (d) FC45 dan (e) FC50
9
Densitas, Porositas, dan Kuat Tekan
Densitas merupakan suatu karakter yang dapat menunjukkan perbedaan
material dengan volume yang sama, material mana yang berbobot lebih ringan.
Densitas selalu berbanding terbalik dengan porositas. Material yang memiliki
densitas rendah akan memiliki porositas yang tinggi. Porositas merupakan total
volume pori dalam carbon foam dibandingkan volume total carbon foam.
Sehingga porositas tidak mencerminkan keseragaman ukuran masing-masing pori
dalam carbon foam. Kuat tekan merupakan salah satu karakter mekanik yang
harus diukur pada carbon foam jika akan dimanfaatkan sebagai material insulasi
termal. Nilai kuat tekan yang tinggi sangat diperlukan khususnya pada saat
material dalam proses distribusi dan instalasi.
Nilai densitas, porositas, dan kuat tekan carbon foam disajikan pada
Tabel 1. Data uji dan perhitungan nilainya masing-masing disampaikan pada
Lampiran 5,6 dan 7. Terlihat bahwa kenaikan nilai densitas dan kuat tekan
berbanding lurus dengan komposisi fine coal. Sebaliknya kenaikan nilai porositas
berbanding terbalik dengan komposisi fine coal. Densitas carbon foam dari setiap
komposisi memiliki rentang 0.4 sampai 0.7 g/cm3.
Densitas dan kuat tekan carbon foam dipengaruhi oleh mineral-mineral
yang terkandung dalam bahan baku fine coal. Mineral akan mengisi pori dalam
carbon foam. Terisinya pori oleh mineral dapat memperkuat struktur dan
berdampak meningkatnya densitas carbon foam.
Tabel 1 Densitas, porositas dan kuat tekan carbon foam hasil sintesis
Sampel
FC30
FC35
FC40
FC45
FC50
Densitas
g/cm3
0.4293
0.4663
0.5688
0.6637
0.6817
Porositas
(%)
12.81
6.70
6.66
5.68
4.54
Kuat Tekan
(MPa)
0.29
0.52
0.75
1.50
2.38
Resistensi Oksidasi
Uji resistensi oksidasi merupakan pengujian untuk melihat kemampuan
carbon foam menahan paparan panas pada suhu tinggi. Resistensi oksidasi
dinyatakan sebagai besarnya bobot yang hilang setelah carbon foam dipanaskan
pada atmosfer oksidasi. Semakin besar bobot hilang selama pemanasan maka
dinyatakan resistensi oksidasinya semakin tidak baik. Data uji dan perhitungan
nilai resistensi disampaikan pada Lampiran 8 dan kurva hubungan komposisi fine
coal dengan bobot hilang pada Gambar 6. Pada kurva terlihat bobot hilang carbon
foam FC30 sampai dengan FC45 mengalami penurunan. Hal ini diyakini sebagai
pengaruh dari semakin bertambahnya kandungan mineral dalam campuran.
Penelitian yang dilakukan oleh Wu et al. (2011) menunjukkan bahwa mineral
dapat mengurangi kehilangan bobot carbon foam selama pemanasan sehingga
meningkatkan resistensi oksidasinya. Pada sampel FC50 nilai bobot hilang
kembali menaik, hal ini disebabkan pada komposisi tersebut distribusi mineral
sudah tidak merata. Keadaan ini didukung oleh produk carbon foam FC50
10
Bobot hilang (%)
(Gambar 5e), yaitu beberapa bagian dari fine coal tidak berikatan dengan resin
fenolik.
78
76
74
72
70
68
66
64
30
35
40
45
50
Komposisi Fine Coal (%)
Gambar 6 Grafik hubungan komposisi fine coal dengan bobot
hilang
Mikrostruktur Carbon Foam
Hasil pengamatan mikrostruktur carbon foam sampel FC40 dan FC45
tersaji pada Gambar 7. Diameter pori terlihat ukurannya sangat variatif dengan
rentang yang lebar dan distribusi pori dari masing-masing sampel sangat tidak
beraturan. Zhen-hua et al. (2007) menemukan bahwa suhu dan tekanan rendah
pada saat sintesis menghasilkan carbon foam yang memiliki diameter pori yang
besar dan distribusi ukuran yang lebar. Hal ini sejalan dengan sintesis yang telah
dilakukan, yaitu pada suhu 330 oC dan tekanan atmosfer sehingga menghasilkan
carbon foam dengan karakter pori seperti dijelaskan di atas. Ada kecenderungan
pada komposisi 30, 35 dan 50% menunjukkan keadaan mikrostruktur yang sama.
Gambar 7 Struktur mikro carbon foam dari (a) FC40 dan (b) FC45
11
Indek insulasi (menit/cm)
Insulasi Termal
Salah satu cara pendekatan untuk melihat kemampuan carbon foam dalam
menghantarkan panas adalah melalui pengukuran nilai indeks insulasi. Nilai
indeks insulasi yang besar memberikan informasi bahwa carbon foam berpotensi
digunakan sebagai material insulasi termal. Pada pengujian digunakan styrofoam
sebagai pembanding karena umumnya styrofoam digunakan sebagai material
insulasi termal.
Gambar 8 menunjukkan kurva hubungan antara capaian suhu dengan nilai
indeks insulasi termalnya. Terlihat indeks insulasi dari FC40, FC45, dan FC50
hampir tidak berbeda nilainya pada setiap suhu. FC35 dan FC30 memiliki nilai
indeks insulasi yang lebih tinggi dibanding ketiga sampel tersebut. Namun kelima
sampel memiliki nilai indeks insulasi yang lebih tinggi yaitu antara 50 sampai
150% dibandingkan indeks insulasi styrofoam. Data ini memberikan gambaran
bahwa kelima sampel carbon foam, memiliki sifat insulasi termal yang lebih baik
dibandingkan styrofoam pada suhu capaian dibawah 50 oC.
9.00
8.00
7.00
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
FC30
FC35
FC40
FC45
FC50
STR
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
Suhu (oC)
Gambar 8 Kurva indeks insulasi carbon foam
Kemampuan carbon foam menghantarkan panas dipengaruhi oleh porositas
(Smith et al. 2013). Carbon foam yang memiliki porositas yang tinggi dan
distribusi ukuran pori yang seragam merupakan insulator termal yang baik. FC30
memiliki porositas yang tinggi dibandingkan dengan FC35 tetapi nilai indeks
insulasinya lebih rendah, hal ini diduga berhubungan dengan keseragaman ukuran
pori FC35 yang lebih baik dari FC30.
12
4 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Campuran Fine coal dan resin fenolik dapat digunakan sebagai bahan
sintesis carbon foam. Komposisi tertinggi fine coal yang dapat digunakan adalah
50%. Kuat tekan carbon foam hasil sintesis berbanding lurus dengan kenaikan
komposisi fine coal sedangkan densitas dan porositas sebaliknya. Resistensi
oksidasi carbon foam sampai dengan komposisi 45% menunjukkan keadaan yang
berbanding lurus dengan kenaikan komposisi fine coal. Pengamatan mikrostruktur
terhadap komposisi 40 dan 45% menunjukkan sebaran pori yang tidak teratur dan
ukuran diamater yang tidak seragam. Ada kecenderungan pada komposisi 30, 35
dan 50% menunjukkan keadaan mikrostruktur yang sama. Dibandingkan dengan
styrofoam, produk carbon foam dari kelima komposisi fine coal memiliki nilai
indeks insulasi suhu 34 sampai 50 oC yang lebih besar dari styrofoam yaitu antara
50 sampai 150%. Hal ini menunjukkan carbon foam berbahan dasar campuran
fine coal dan resin fenolik memiliki kemampuan insulasi termal yang lebih baik
dari styrofoam pada rentang suhu tersebut.
Saran
Digunakan cetakan yang dapat mengendalikan tekanan selama pemanasan
pada proses sintesis carbon foam sehingga variasi tekanan dapat dilakukan.
Tekanan mempengaruhi ukuran dan keseragaman pori yang terbentuk.
Diharapkan dengan porositas yang tinggi dan keseragaman ukuran pori yang baik
dapat meningkatkan kemampuan insulasi termal carbon foam.
DAFTAR PUSTAKA
Barraza J, Guerrero J, Pineres J. 2013. Flotation of a refuse tailing fine coal slurry.
Fuel Process. Technol. (106):498–500. doi: 10.1016/ j.fuproc.2012.09.018.
Baran D, Yardim MF, Atakül H, Ekinci E. 2013. Synthesis of carbon foam with
high compressive strength from an asphaltene pitch. New Carbon
Materials. 28(2):127–133. doi: 10.1016/S1872-5805(13)60071-2.
[BSN] Badan Standarisasi Nasional. 1994. SNI 13-3476-1994 tentang batu bara,
analisis kadar air total contoh. (ID): BSN.
[BSN] Badan Standarisasi Nasional. 2010. SNI 3478:2010 tentang analisis kadar
abu contoh batu bara. (ID): BSN.
[BUMN] Badan Usaha Milik Negara. PTBA berhasil tingkatkan volume
penjualan tahun 2013 sebesar 16 persen. [internet]. [diacu 2014 Mei 5].
Tersedia dari: http:// www.bumn.go.id/bukitasam/berita/84.
Calvo M, Garcıa R, Moinelo SR. 2008. Carbon Foams from Different Coals.
Energy & Fuels. (22):3376–3383. doi: 10.1021/ef8000778.
Choung J, Szymans J. penemu. Govenors of the University of Alberta. 2004 Juli
27. Process for treating fine coal particles. United States. US 6.767.465 B1.
13
Farhan S, Wanga R, Jianga H, Ul-Haq N. 2014. Preparation and characterization
of carbon foam derived from pitchand phenolic resin using a soft
templating method. J. Anal. Appl Pyrol. (110), 229-234. doi:
10.1016/j.jaap.2014.09.003.
Ford WD. penemu. Union Carbide Corporation. 1964 Feb 11. Method of making
cellular refractory thermal insulation material. United States. US
3.121.050.
[IEA] International Energy Agency Clean Coal Center. 2011. Opportunities for
fine coal utilisation. [internet]. [diacu 2014 Mei 3]. Tersedia dari: http://
www.iea-coal.org.uk/documents/82760/8220.
Lestiani DD, Muhayatun, Adventini N. 2010. Karakteristik Unsur Pada Abu
Dasar dan Abu Terbang Batu Bara Menggunakan Analisis Aktivasi
Neutron Instrumental. Indonesian Journal of Nuclear Science and
Technology [Internet]. [diunduh2015 Feb 3]; 11(2):27-34 . Tersedia pada :
http//jurnal.batan.go.id/index.php/jstni/article/download/586/515.
Liu H, Li T, Wang X, Zhang W, Zhao T. 2014. Preparation and characterization
of carbon foams with highmechanical strength using modified coal tar
pitches. J. Anal. Appl Pyrol. (110): 442–447. doi:10.1016/ j.jaap.
2014.10.015.
Manocha SM, Patel K dan Manocha LM. 2010. Development of carbon foam
from phenolic resin via template route. IJEMS.(17):338-342 (17):338-342.
Rogers DK, Plucinski JW, penemu; Touchstone Research Lab., Coal-based
carbon foam. United States. US 6.656.238 B1.
Rogers DK, Plucinski JW, penemu; Touchstone Research Lab., Activated, coalbased carbon foam. United States. US 7.544.222 B2.
Smith DS, Alzina A, Bourret J, Nait-Ali B, Pennec F, Tessier-Doyen N, Otsu K,
Matsubara H, Elser P dan Gonzenbach TU. 2013. Thermal conductivity
of porous materials. J. Mater. Res., 28 (17) 2260-2272.doi: 10.1557/
jmr.2013.179
Spradling DM dan Guth AR. 2003. Carbon foam. [internet]. [diacu 2014 Mei 5].
Tersedia dari: http://www.asminternational.org/ documents/ 10192/
1884784/ amp16111p029.pdf.
Ta’in Z dan Suhandi. 2001. Hasil kegiatan pendataan bahan galian yang tertinggal
di tambang batu bara daerah samarinda kabupaten Kutai Kartanegara
provinsi Kalimantan Timur. [internet]. [diacu 2014 Mei 5]. Tersedia dari :
http://psdg.bgl.esdm.go.id/kolokium%202001/11.%20Samarinda%20
(Zamri).pdf.
Uslu T, Sahinoglu E. dan Yavuz M. 2012. Desulphurization and deashing of
oxidized fine coal by Knelson concentrator. Fuel Process. Technol., (101)
94–100. doi:10.1016/j.fuproc.2012.04.002
Valdés A F dan Garcia BA. 2006. On the utilization of waste vegetable oils
(WVO) as agglomerants to recover coal from coal fines cleaning wastes
(FCCW). Fuel. (85):607-614. doi: 10.1016/j.fuel.2005.08.011.
Wang X, Zhong J, Wang Y, Yu M. 2006. A study of the properties of carbon
foam reinforced by clay. Carbon 44(2006):1560–1564. doi:10.1016/
j.carbon.2005.12.025.
[WCA] World Coal Association. 2013. Coal Facts 2013. [internet]. [diacu 2014
Mei 4]. Tersedia dari http:// www.worldcoal.org/resources/coal-statistics.
14
Wu X, Liu Y, Fang M, Mei L, Luo B. 2011. Preparation and characterization of
carbon foams derived from aluminosilicate and phenolic resin. Carbon
(49). 1782 -1786. doi:10.1016/j.carbon.2010.12.065.
Yong-gang W, Zhen-hua M, Min C, De-ping X. 2009. Effect of heating
conditions on pore structure and performance of carbon foams. New
Carbon Materials 24(4): 321–326. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60055-4.
Zhen-hua M, Min C, Shu Z, Xiu-dan W, Yong-gang W. 2007. Effect of
precursor on the pore structure of carbon foams. New Carbon Materials
22(1): 75-79. doi: 10.1016/S1872-5805(07)60009-2.
15
Lampiran 1 Skema penelitian
Resin fenolik
Fine coal
Preparasi :
Pengayakan > 60 mesh
Sintesis carbon foam
Carbon foam
Karakterisasi :
Kadar air
Kadar abu
Kandungan mineral
Karakterisasi :
Densitas ruah
Porositas
Kuat tekan
Resistensi oksidasi
SEM
Indeks insulasi
16
Lampiran 2 Bagan alir pembuatan carbon foam
Resin fenolik + Fine coal (30-50%)
dihomogenisasi
Dimasukkan ke dalam cetakan
Cetakan dimasukkan ke dalam reaktor pirolisis
Dipanaskan sampai tercapai suhu 130oC
(kecepatan pemanasan 5oC/menit dalam suasana
atmosfer nitrogen)
dibiarkan selama 45 menit
Dinaikkan suhu sampai 235oC
(kecepatan pemanasan 5oC/menit dalam suasana
atmosfer nitrogen)
dibiarkan selama 60 menit
Dinaikkan suhu sampai 330oC
(kecepatan pemanasan 5oC/menit dalam suasana
atmosfer nitrogen)
dimatikan tungku pemanas
Dibiarkan suhu turun secara bertahap sampai tercapai
suhu 200 oC
(dalam suasana atmosfer nitrogen)
Dibiarkan suhu turun secara bertahap sampai tercapai
suhu ruangan
(dalam suasana atmosfer nitrogen)
Dikeluarkan cetakan dari reaktor dan produk sintesis
dari dalam cetakan
Carbon foam
17
Lampiran 3 Data uji dan perhitungan kadar air fine coal
Uji
ke
Wadah
(g)
Wadah+sampel
sebelum
pemanasan (g)
Wadah+sampel
sesudah
pemanasan (g)
1
2
3
4
5
a
36.5397
36.7489
42.9721
26.7872
39.5562
b
37.5472
37.7627
43.9810
27.7976
40.5926
c
37.4308
37.6459
43.8640
27.6835
40.4716
Kadar air
(%)
(b-c)/(b-a)
x 100%
0.12
0.12
0.12
0.11
0.12
Rerata
(%)
Simpangan
baku
0.12
0.001
Rerata
(%)
Simpangan
baku
40.25
0.09
Lampiran 4 Data uji dan perhitungan kadar abu fine coal
Uji
ke
1
2
3
4
5
Wadah
(g)
Wadah+sampel
sebelum
pemanasan (g)
Wadah+sampel
sesudah
pemanasan (g)
Kadar abu
(%)
a
b
c
(c-a)/(b-a)
x 100%
29.9570
30.8445
33.3106
30.8050
34.2491
29.2737
30.2412
32.6920
30.1957
33.5764
28.8117
29.8360
32.2771
29.7852
33.1215
40.34
40.18
40.15
40.25
40.34
18
Lampiran 5 Data uji dan perhitungan densitas ruah carbon foam
Sampel
FC30
FC35
FC40
FC45
FC50
Ulangan
ke
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Dimensi (cm)
Panjang Lebar Tinggi
(P)
(L)
(T)
1.700 1.572 1.078
1.528 1.982 1.328
1.538 1.458 1.178
1.556 1.628 1.100
1.678 1.478 1.022
1.678 1.718 1.228
1.656 1.608 1.322
1.688 1.528 1.200
2.036 1.738 1.374
1.592 1.662 1.224
1.452 1.386 1.138
1.526 1.428 1.062
1.594 1.642 1.108
1.698 1.492 1.200
1.584 1.522 1.152
1.632 1.442 0.958
1.844 1.600 1.044
1.796 1.672 1.058
1.668 1.478 1.078
1.644 1.772 0.948
1.736 1.600 0.852
1.564 1.632 0.826
1.678 1.642 0.786
1.718 1.662 0.836
1.766 1.648 0.858
Volume
(cm3)
(P x L
x T)
2.8808
4.0218
2.6416
2.7865
2.5346
3.5401
3.5203
3.0951
4.8620
3.2386
2.2902
2.3142
2.9000
3.0401
2.7773
2.2545
3.0802
3.1771
2.6576
2.7617
2.3665
2.1083
2.1656
2.3870
2.4971
Bobot
(g)
1.3200
1.1974
1.1449
1.2403
1.2977
1.5777
1.6141
1.5270
2.0246
1.6759
1.3833
1.3205
1.5127
1.7424
1.5961
1.6266
2.1556
1.9831
1.6670
1.7834
1.5099
1.4917
1.5001
1.6925
1.6517
Densitas (g/cm3)
Densitas
0.45820
0.29772
0.43342
0.44511
0.51198
0.44567
0.45851
0.49336
0.41641
0.51748
0.60401
0.57060
0.52162
0.57314
0.57470
0.72149
0.69982
0.62419
0.62726
0.64577
0.63803
0.70753
0.69268
0.70904
0.66145
Rerata
SB
0.4293 0.08
0.4663 0.04
0.5688 0.03
0.6637 0.04
0.6817 0.03
19
Lampiran 6 Data uji dan perhitungan porositas carbon foam
Dimensi
Sampel Ulangan Panjang
(cm)
1
2.238
FC30
2
2.128
3
1.688
1
1.758
FC35
2
1.800
3
1.798
1
1.682
FC4O
2
1.522
3
1.478
1
1.648
FC45
2
1.410
3
1.472
1
1.500
FC50
2
1.718
3
1.700
Sampel
FC30
FC35
FC4O
FC45
FC50
Ulangan
ke
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Vol. air
(cm3)
(Bobot/
densitas)
0.8163
0.5593
0.7651
0.2371
0.2559
0.2358
0.1916
0.1376
0.1989
0.0915
0.1543
0.1961
0.1182
0.0714
0.0923
Lebar Tinggi
(cm)
(cm)
1.818 1.618
1.500 1.538
1.668 1.858
1.752 1.368
1.700 1.100
1.738 1.100
1.512 1.078
1.600 1.184
1.462 1.118
1.462 1.068
1.748 0.938
1.796 1.088
1.668 0.800
1.548 0.800
1.510 0.828
Vol. sampel
(cm3)
PxLxT
6.583
4.909
5.231
4.213
3.366
3.437
2.742
2.883
2.416
2.573
2.312
2.876
2.002
2.128
2.125
Bobot Sampel
Bobot1
Bobot2
(g)
(g)
2.5500
2.0110
1.5498
2.0113
1.5187
1.6852
1.6204
1.4500
1.6082
1.7164
1.5250
1.8704
1.3349
1.5255
1.3750
Bobot air (g)
(Bobot2bobot1)
3.3639
2.5686
2.3126
2.2477
1.7738
1.9203
1.8114
1.5872
1.8065
1.8076
1.6788
2.0659
1.4528
1.5967
1.4670
0.8139
0.5576
0.7628
0.2364
0.2551
0.2351
0.1910
0.1372
0.1983
0.0912
0.1538
0.1955
0.1179
0.0712
0.0920
Porositas (%)
(Vol. air/Vol.
Sampel)
12.40
11.39
14.62
5.63
7.60
6.86
6.99
4.77
8.23
3.55
6.67
6.82
5.91
3.36
4.34
Rerata
SB
12.81
1.65
6.70
1.00
6.66
1.75
5.68
1.84
4.54
1.29
20
Lampiran 7 Data uji dan perhitungan nilai kuat tekan carbon foam
Sampel Ulangan
Dimensi (mm)
Panjang Lebar
17.00
15.72
15.28
19.82
15.38
14.58
15.56
16.28
16.78
14.78
Luas (mm2)
Beban maksimum
(kgf) P
A
267.24
302.85
224.24
253.32
248.01
7.95477
4.34672
8.81551
7.56008
9.08990
Kuat Tekan (P/A)
kgf/mm2
N/mm2
0.030
0.29
0.014
0.14
0.039
0.39
0.030
0.29
0.037
0.36
FC30
1
2
3
4
5
FC35
1
2
3
4
5
16.78
16.56
16.88
20.36
15.92
17.18
16.08
15.28
17.38
16.62
288.28
266.28
257.93
353.86
264.59
11.03363
13.44148
19.03050
14.18493
16.74133
0.038
0.050
0.074
0.040
0.063
0.38
0.50
0.72
0.39
0.62
FC40
1
2
3
4
5
14.52
15.26
15.94
16.98
15.84
13.86
14.28
16.42
14.92
15.22
201.25
217.91
261.73
253.34
241.08
14.89346
16.40871
14.35828
21.94538
21.70288
0.074
0.075
0.055
0.087
0.090
FC45
1
2
3
4
5
16.32
18.44
17.96
16.68
16.44
14.42
16.00
16.72
14.78
17.72
235.33
295.04
300.29
246.53
291.32
50.12554
47.26874
40.18864
37.44170
30.62270
FC50
1
2
3
4
5
17.36
15.64
16.78
17.18
17.66
16.00
16.32
16.42
16.62
16.48
277.76
255.24
275.53
285.53
291.04
69.53320
63.78470
79.20810
56.67831
65.70698
Kuat Tekan (MPa)
MPa
0.29
0.14
0.39
0.29
0.36
Rerata
SB
0.29
0.10
0.38
0.50
0.72
0.39
0.62
0.52
0.15
0.73
0.74
0.54
0.85
0.88
0.73
0.74
0.54
0.85
0.88
0.75
0.14
0.213
0.160
0.134
0.152
0.105
2.09
1.57
1.31
1.49
1.03
2.09
1.57
1.31
1.49
1.03
1.50
0.39
0.250
0.250
0.287
0.199
0.226
2.45
2.45
2.82
1.95
2.21
2.45
2.45
2.82
1.95
2.21
2.38
0.32
21
Lampiran 8 Data uji dan perhitungan nilai resistensi oksidasi carbon foam
Sampel
Ulangan
ke
Cawan
a
FC30
FC35
FC40
FC45
FC50
Bobot (g)
Cawan +
Sampel sebelum
pemanasan
b
Bobot Hilang (%)
Cawan +
Sampel setelah
pemanasan
c
Bobot
Hilang (%)
Rerata
SB
76.31
12.87
72.34
10.07
69.89
10.00
68.67
1.72
71.03
7.23
(b-c)/(b-a) x
100%
1
17.5692
21.7857
19.1904
61.55
2
17.5889
19.1560
17.8682
82.18
3
40.4553
42.3137
40.7305
85.19
1
23.7681
26.5946
24.8513
61.68
2
23.7863
25.9958
24.3678
73.68
3
40.4683
42.6528
40.8686
81.68
1
17.4386
21.0991
18.9234
59.44
2
17.4444
19.4066
18.0164
70.85
3
36.6862
38.6699
37.0954
79.37
1
18.6264
22.4203
19.8357
68.13
2
18.5578
20.5282
19.1373
70.59
3
40.3883
42.9686
41.2323
67.29
1
22.0664
26.0307
23.5459
62.68
2
22.0488
23.8683
22.5004
75.18
3
46.2569
48.0296
46.6959
75.24
22
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sukabumi pada tanggal 11 Februari 1981 dari Ayah
Didi Supandi dan Ibu Purnasih. Penulis merupakan putra pertama dari 5
bersaudara. Tahun 1999 penulis lulus dari SMUN Cisaat Sukabumi, tahun 2003
lulus dari D III Analisa Farmasi dan Makanan Poltekkes Kemenkes RI Jakarta II,
dan tahun 2008 melanjutkan pendidikan kimia di STMIPA Bogor, lulus tahun
2010. Penulis melanjutkan pendidikan pada program studi Magister Kimia
Sekolah Pascasarjana IPB tahun 2013. Penulis bekerja di Poltekkes Kemenkes RI
Jakarta II Prodi Analisa Farmasi dan Makanan sejak tahun 2003 dan tahun 2006
penulis diangkat sebagai PNS di Poltekkes Kemenkes RI Jakarta II.
SEBAGAI KANDIDAT INSULATOR TERMAL
DODI IRWANDI
SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2016
PERNYATAAN MENGENAI TESIS DAN
SUMBER INFORMASI SERTA PELIMPAHAN HAK CIPTA*
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis berjudul Carbon Foam Berbahan
Dasar Fine Coal Sebagai Kandidat Insulator Termal adalah benar karya saya
dengan arahan dari komisi pembimbing dan belum diajukan dalam bentuk apa pun
kepada perguruan tinggi mana pun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip
dari karya yang diterbitkan maupun tidak diterbitkan dari penulis lain telah
disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam Daftar Pustaka di bagian akhir
disertasi ini.
Dengan ini saya melimpahkan hak cipta dari karya tulis saya kepada Institut
Pertanian Bogor.
Bogor, Maret 2016
Dodi Irwandi
NIM G451130161
RINGKASAN
DODI IRWANDI. Carbon Foam Berbahan Dasar Fine Coal Sebagai Kandidat
Insulator Termal. Dibimbing oleh ZAINAL ALIM MAS’UD dan KOMAR
SUTRIAH.
Fine coal merupakan limbah padat pengolahan batu bara. Potensi jumlahnya
sangat besar di Indonesia maupun dunia. Fine coal masih mengandung batu bara
dengan jumlah yang cukup tinggi. Karena hal tersebut fine coal dimanfaatkan
sebagai briket untuk sumber energi panas pada industri logam dan semen serta
pembangkit listrik skala kecil. Akan tetapi pemanfaatan ini menyebabkan
pencemaran udara, yaitu akibat abu terbang dan belerang yang dihasilkan dari
proses pembakarannya. Beberapa penelitian dilakukan untuk pemulihan fine coal
sehingga kandungan batu baranya dapat dimanfaatkan kembali seperti layaknya
batu bara berkualitas. Di antara metode yang digunakan, yaitu flotasi dan
aglomerasi.Namun kedua metode tersebut membutuhkan banyak pereaksi
sehingga mahal dalam penggunaannya jika diaplikasikan dalam skala besar.
Pada penelitian ini fine coal digunakan sebagai bahan dasar pembuatan
carbon foam. Fine coal dicampur dengan resin fenolik dengan beberapa
komposisi fine coal, yaitu 30, 35, 40, 45 dan 50%. Campuran kemudian
dipanaskan sampai dengan suhu 330 oC dalam atmosfer nitrogen dengan
kecepatan kenaikan suhu 5 oC/menit. Pada suhu 130 oC dan 235 oC suhu ditahan
masing-masing selama 45 menit dan 60 menit.
Carbon foam hasil sintesis kemudian dikarakterisasi meliputi densitas,
porositas, kuat tekan, resistensi oksidasi, insulasi termal, dan mikrostruktur. Uji
insulasi termal menggunakan pendekatan indeks insulasi dengan styrofoam
sebagai pembanding. Hasil pengujian menunjukkan nilai densitas dan kuat tekan
berbanding lurus dengan kenaikan komposisi fine coal, sedangkan porositas
sebaliknya. Resistensi oksidasi sampai dengan komposisi 45% menunjukkan nilai
yang berbanding lurus dengan kenaikan komposisi fine coal. Pengamatan
mikrostruktur terhadap komposisi 40 dan 45% menunjukkan sebaran pori yang
tidak teratur dan ukuran diamater yang tidak seragam. Ada kecenderungan pada
komposisi 30, 35 dan 50% menunjukkan keadaan mikrostruktur yang sama.
Indeks insulasi suhu 34 sampai dengan 50 oC menunjukkan nilai yang hampir
sama dari semua komposisi. Dibandingkan dengan styrofoam, produk sintesis
carbon foam dari semua komposisi memberikan nilai indeks insulasi yang lebih
besar, yaitu 50-150% pada rentang suhu 34-50 oC. Hal ini memberikan informasi
bahwa carbon foam memiliki sifat insulasi termal yang lebih baik dari styrofoam
pada rentang suhu tersebut.
Kata kunci: Carbon foam, fine coal, insulasi termal.
SUMMARY
DODI IRWANDI. Carbon Foam Prepared from Fine Coal as Thermal Insulator
candidate. Supervised by ZAINAL ALIM MAS’UD and KOMAR SUTRIAH.
Fine coal is coal processing solid waste. It potential numbers is very large
both in Indonesia and the world. Fine coal still contains coal with high enough
quantities. Fine coal briquettes is made for a heat source in small-scale power
generation, metals and cement industries. However, it release fly ash and sulfur
that is harmful to the environment. Several methods have been developed for the
recovery of fine coal that was flotation and agglomeration. However, these
methods required much reagent which needed a higher cost.
In this study, the fine coal was used as a precursor for the manufacture of
carbon foam. Fine coal and phenolic resins which have been crushed to 1600 oC) (Rogers et al.
2009). Pada penelitian digunakan suhu < 600 oC sehingga produk carbon foam
yang dihasilkan termasuk jenis green foams. Green foams memiliki kemampuan
hantaran termal yang rendah sehingga baik digunakan sebagai material insulasi
termal.
Parameter suhu pada proses sintesis dikonfirmasi dengan analisis TGA
terhadap campuran bahan baku komposisi fine coal 40% (Gambar 4). Analisis
TGA ini dilakukan untuk mengetahui pola pengurangan bobot selama pemanasan
pada proses sintesis. Berdasarkan data TGA pada saat suhu 130 oC ditahan selama
45 menit terjadi pengurangan bobot sebesar 5% dan pada suhu 235 oC selama 60
menit pengurangan bobot sebesar 13% dan pada suhu akhir sintesis 330 oC
sebesar 20%. Pengurangan bobot cenderung konstan pada suhu di atas 600 oC.
Hal ini menunjukkan pada suhu diatas 600 oC kandungan asiri sudah habis dan
pembentukan karbon sudah sempurna.
Pemilihan suhu 330 oC sebagai suhu akhir pada sintesis didasarkan pada
penelitian pendahuluan. Pada penelitian pendahuluan telah dilakukan carbon
foam menggunakan suhu akhir 500 oC, 400 oC dan 330 oC. Produk yang
dihasilkan pada suhu 500 oC dan 400 oC bersifat sangat rapuh dan mudah hancur
sedangkan pada suhu 330 oC dihasilkan produk yang secara struktur lebih kuat
sehingga suhu ini dipilih sebagai suhu akhir yang digunakan untuk sintesis.
Keadaan produk sintesis pada suhu 400 dan 500 oC yang rapuh ini
disebabkan oleh keterbatasan cetakan yang tidak dirancang mengontrol tekanan.
Padahal tekanan merupakan salah satu faktor yang berperan menentukan kekuatan
struktur carbon foam (Yong-gang et al. 2009). Semakin tinggi tekanan maka
semakin kuat struktur carbon foam yang dihasilkan dan sebaliknya rapuh.
8
Gambar 4 Kurva TGA komposisi fine coal 40% dalam campuran
Produk sintesis carbon foam tersaji pada Gambar 5. Pengamatan visual
menunjukkan FC30 memiliki struktur permukaan yang lebih kasar dan pori yang
lebih besar dibandingkan FC35. Permukaan semakin halus terlihat pada FC40 dan
FC45. Hal ini diduga berhubungan dengan pelepasan kandungan asiri yang
semakin menurun dan kandungan mineral yang semakin meningkat dengan
meningkatnya komposisi fine coal. Kandungan asiri berfungi sebagai pembentuk
pori sedangkan mineral dapat menutup pori yang terbentuk.
Pada FC50 terlihat partikel fine coal yang tidak terikat oleh resin fenolik.
Keadaan ini memberikan informasi bahwa bahwa fine coal yang dapat digunakan
pada sintesis tidak lebih dari 50% terhadap total campuran.
Gambar 5 Carbon foam dari (a) FC30, (b) FC35, (c)
FC40, (d) FC45 dan (e) FC50
9
Densitas, Porositas, dan Kuat Tekan
Densitas merupakan suatu karakter yang dapat menunjukkan perbedaan
material dengan volume yang sama, material mana yang berbobot lebih ringan.
Densitas selalu berbanding terbalik dengan porositas. Material yang memiliki
densitas rendah akan memiliki porositas yang tinggi. Porositas merupakan total
volume pori dalam carbon foam dibandingkan volume total carbon foam.
Sehingga porositas tidak mencerminkan keseragaman ukuran masing-masing pori
dalam carbon foam. Kuat tekan merupakan salah satu karakter mekanik yang
harus diukur pada carbon foam jika akan dimanfaatkan sebagai material insulasi
termal. Nilai kuat tekan yang tinggi sangat diperlukan khususnya pada saat
material dalam proses distribusi dan instalasi.
Nilai densitas, porositas, dan kuat tekan carbon foam disajikan pada
Tabel 1. Data uji dan perhitungan nilainya masing-masing disampaikan pada
Lampiran 5,6 dan 7. Terlihat bahwa kenaikan nilai densitas dan kuat tekan
berbanding lurus dengan komposisi fine coal. Sebaliknya kenaikan nilai porositas
berbanding terbalik dengan komposisi fine coal. Densitas carbon foam dari setiap
komposisi memiliki rentang 0.4 sampai 0.7 g/cm3.
Densitas dan kuat tekan carbon foam dipengaruhi oleh mineral-mineral
yang terkandung dalam bahan baku fine coal. Mineral akan mengisi pori dalam
carbon foam. Terisinya pori oleh mineral dapat memperkuat struktur dan
berdampak meningkatnya densitas carbon foam.
Tabel 1 Densitas, porositas dan kuat tekan carbon foam hasil sintesis
Sampel
FC30
FC35
FC40
FC45
FC50
Densitas
g/cm3
0.4293
0.4663
0.5688
0.6637
0.6817
Porositas
(%)
12.81
6.70
6.66
5.68
4.54
Kuat Tekan
(MPa)
0.29
0.52
0.75
1.50
2.38
Resistensi Oksidasi
Uji resistensi oksidasi merupakan pengujian untuk melihat kemampuan
carbon foam menahan paparan panas pada suhu tinggi. Resistensi oksidasi
dinyatakan sebagai besarnya bobot yang hilang setelah carbon foam dipanaskan
pada atmosfer oksidasi. Semakin besar bobot hilang selama pemanasan maka
dinyatakan resistensi oksidasinya semakin tidak baik. Data uji dan perhitungan
nilai resistensi disampaikan pada Lampiran 8 dan kurva hubungan komposisi fine
coal dengan bobot hilang pada Gambar 6. Pada kurva terlihat bobot hilang carbon
foam FC30 sampai dengan FC45 mengalami penurunan. Hal ini diyakini sebagai
pengaruh dari semakin bertambahnya kandungan mineral dalam campuran.
Penelitian yang dilakukan oleh Wu et al. (2011) menunjukkan bahwa mineral
dapat mengurangi kehilangan bobot carbon foam selama pemanasan sehingga
meningkatkan resistensi oksidasinya. Pada sampel FC50 nilai bobot hilang
kembali menaik, hal ini disebabkan pada komposisi tersebut distribusi mineral
sudah tidak merata. Keadaan ini didukung oleh produk carbon foam FC50
10
Bobot hilang (%)
(Gambar 5e), yaitu beberapa bagian dari fine coal tidak berikatan dengan resin
fenolik.
78
76
74
72
70
68
66
64
30
35
40
45
50
Komposisi Fine Coal (%)
Gambar 6 Grafik hubungan komposisi fine coal dengan bobot
hilang
Mikrostruktur Carbon Foam
Hasil pengamatan mikrostruktur carbon foam sampel FC40 dan FC45
tersaji pada Gambar 7. Diameter pori terlihat ukurannya sangat variatif dengan
rentang yang lebar dan distribusi pori dari masing-masing sampel sangat tidak
beraturan. Zhen-hua et al. (2007) menemukan bahwa suhu dan tekanan rendah
pada saat sintesis menghasilkan carbon foam yang memiliki diameter pori yang
besar dan distribusi ukuran yang lebar. Hal ini sejalan dengan sintesis yang telah
dilakukan, yaitu pada suhu 330 oC dan tekanan atmosfer sehingga menghasilkan
carbon foam dengan karakter pori seperti dijelaskan di atas. Ada kecenderungan
pada komposisi 30, 35 dan 50% menunjukkan keadaan mikrostruktur yang sama.
Gambar 7 Struktur mikro carbon foam dari (a) FC40 dan (b) FC45
11
Indek insulasi (menit/cm)
Insulasi Termal
Salah satu cara pendekatan untuk melihat kemampuan carbon foam dalam
menghantarkan panas adalah melalui pengukuran nilai indeks insulasi. Nilai
indeks insulasi yang besar memberikan informasi bahwa carbon foam berpotensi
digunakan sebagai material insulasi termal. Pada pengujian digunakan styrofoam
sebagai pembanding karena umumnya styrofoam digunakan sebagai material
insulasi termal.
Gambar 8 menunjukkan kurva hubungan antara capaian suhu dengan nilai
indeks insulasi termalnya. Terlihat indeks insulasi dari FC40, FC45, dan FC50
hampir tidak berbeda nilainya pada setiap suhu. FC35 dan FC30 memiliki nilai
indeks insulasi yang lebih tinggi dibanding ketiga sampel tersebut. Namun kelima
sampel memiliki nilai indeks insulasi yang lebih tinggi yaitu antara 50 sampai
150% dibandingkan indeks insulasi styrofoam. Data ini memberikan gambaran
bahwa kelima sampel carbon foam, memiliki sifat insulasi termal yang lebih baik
dibandingkan styrofoam pada suhu capaian dibawah 50 oC.
9.00
8.00
7.00
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
FC30
FC35
FC40
FC45
FC50
STR
34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50
Suhu (oC)
Gambar 8 Kurva indeks insulasi carbon foam
Kemampuan carbon foam menghantarkan panas dipengaruhi oleh porositas
(Smith et al. 2013). Carbon foam yang memiliki porositas yang tinggi dan
distribusi ukuran pori yang seragam merupakan insulator termal yang baik. FC30
memiliki porositas yang tinggi dibandingkan dengan FC35 tetapi nilai indeks
insulasinya lebih rendah, hal ini diduga berhubungan dengan keseragaman ukuran
pori FC35 yang lebih baik dari FC30.
12
4 SIMPULAN DAN SARAN
Simpulan
Campuran Fine coal dan resin fenolik dapat digunakan sebagai bahan
sintesis carbon foam. Komposisi tertinggi fine coal yang dapat digunakan adalah
50%. Kuat tekan carbon foam hasil sintesis berbanding lurus dengan kenaikan
komposisi fine coal sedangkan densitas dan porositas sebaliknya. Resistensi
oksidasi carbon foam sampai dengan komposisi 45% menunjukkan keadaan yang
berbanding lurus dengan kenaikan komposisi fine coal. Pengamatan mikrostruktur
terhadap komposisi 40 dan 45% menunjukkan sebaran pori yang tidak teratur dan
ukuran diamater yang tidak seragam. Ada kecenderungan pada komposisi 30, 35
dan 50% menunjukkan keadaan mikrostruktur yang sama. Dibandingkan dengan
styrofoam, produk carbon foam dari kelima komposisi fine coal memiliki nilai
indeks insulasi suhu 34 sampai 50 oC yang lebih besar dari styrofoam yaitu antara
50 sampai 150%. Hal ini menunjukkan carbon foam berbahan dasar campuran
fine coal dan resin fenolik memiliki kemampuan insulasi termal yang lebih baik
dari styrofoam pada rentang suhu tersebut.
Saran
Digunakan cetakan yang dapat mengendalikan tekanan selama pemanasan
pada proses sintesis carbon foam sehingga variasi tekanan dapat dilakukan.
Tekanan mempengaruhi ukuran dan keseragaman pori yang terbentuk.
Diharapkan dengan porositas yang tinggi dan keseragaman ukuran pori yang baik
dapat meningkatkan kemampuan insulasi termal carbon foam.
DAFTAR PUSTAKA
Barraza J, Guerrero J, Pineres J. 2013. Flotation of a refuse tailing fine coal slurry.
Fuel Process. Technol. (106):498–500. doi: 10.1016/ j.fuproc.2012.09.018.
Baran D, Yardim MF, Atakül H, Ekinci E. 2013. Synthesis of carbon foam with
high compressive strength from an asphaltene pitch. New Carbon
Materials. 28(2):127–133. doi: 10.1016/S1872-5805(13)60071-2.
[BSN] Badan Standarisasi Nasional. 1994. SNI 13-3476-1994 tentang batu bara,
analisis kadar air total contoh. (ID): BSN.
[BSN] Badan Standarisasi Nasional. 2010. SNI 3478:2010 tentang analisis kadar
abu contoh batu bara. (ID): BSN.
[BUMN] Badan Usaha Milik Negara. PTBA berhasil tingkatkan volume
penjualan tahun 2013 sebesar 16 persen. [internet]. [diacu 2014 Mei 5].
Tersedia dari: http:// www.bumn.go.id/bukitasam/berita/84.
Calvo M, Garcıa R, Moinelo SR. 2008. Carbon Foams from Different Coals.
Energy & Fuels. (22):3376–3383. doi: 10.1021/ef8000778.
Choung J, Szymans J. penemu. Govenors of the University of Alberta. 2004 Juli
27. Process for treating fine coal particles. United States. US 6.767.465 B1.
13
Farhan S, Wanga R, Jianga H, Ul-Haq N. 2014. Preparation and characterization
of carbon foam derived from pitchand phenolic resin using a soft
templating method. J. Anal. Appl Pyrol. (110), 229-234. doi:
10.1016/j.jaap.2014.09.003.
Ford WD. penemu. Union Carbide Corporation. 1964 Feb 11. Method of making
cellular refractory thermal insulation material. United States. US
3.121.050.
[IEA] International Energy Agency Clean Coal Center. 2011. Opportunities for
fine coal utilisation. [internet]. [diacu 2014 Mei 3]. Tersedia dari: http://
www.iea-coal.org.uk/documents/82760/8220.
Lestiani DD, Muhayatun, Adventini N. 2010. Karakteristik Unsur Pada Abu
Dasar dan Abu Terbang Batu Bara Menggunakan Analisis Aktivasi
Neutron Instrumental. Indonesian Journal of Nuclear Science and
Technology [Internet]. [diunduh2015 Feb 3]; 11(2):27-34 . Tersedia pada :
http//jurnal.batan.go.id/index.php/jstni/article/download/586/515.
Liu H, Li T, Wang X, Zhang W, Zhao T. 2014. Preparation and characterization
of carbon foams with highmechanical strength using modified coal tar
pitches. J. Anal. Appl Pyrol. (110): 442–447. doi:10.1016/ j.jaap.
2014.10.015.
Manocha SM, Patel K dan Manocha LM. 2010. Development of carbon foam
from phenolic resin via template route. IJEMS.(17):338-342 (17):338-342.
Rogers DK, Plucinski JW, penemu; Touchstone Research Lab., Coal-based
carbon foam. United States. US 6.656.238 B1.
Rogers DK, Plucinski JW, penemu; Touchstone Research Lab., Activated, coalbased carbon foam. United States. US 7.544.222 B2.
Smith DS, Alzina A, Bourret J, Nait-Ali B, Pennec F, Tessier-Doyen N, Otsu K,
Matsubara H, Elser P dan Gonzenbach TU. 2013. Thermal conductivity
of porous materials. J. Mater. Res., 28 (17) 2260-2272.doi: 10.1557/
jmr.2013.179
Spradling DM dan Guth AR. 2003. Carbon foam. [internet]. [diacu 2014 Mei 5].
Tersedia dari: http://www.asminternational.org/ documents/ 10192/
1884784/ amp16111p029.pdf.
Ta’in Z dan Suhandi. 2001. Hasil kegiatan pendataan bahan galian yang tertinggal
di tambang batu bara daerah samarinda kabupaten Kutai Kartanegara
provinsi Kalimantan Timur. [internet]. [diacu 2014 Mei 5]. Tersedia dari :
http://psdg.bgl.esdm.go.id/kolokium%202001/11.%20Samarinda%20
(Zamri).pdf.
Uslu T, Sahinoglu E. dan Yavuz M. 2012. Desulphurization and deashing of
oxidized fine coal by Knelson concentrator. Fuel Process. Technol., (101)
94–100. doi:10.1016/j.fuproc.2012.04.002
Valdés A F dan Garcia BA. 2006. On the utilization of waste vegetable oils
(WVO) as agglomerants to recover coal from coal fines cleaning wastes
(FCCW). Fuel. (85):607-614. doi: 10.1016/j.fuel.2005.08.011.
Wang X, Zhong J, Wang Y, Yu M. 2006. A study of the properties of carbon
foam reinforced by clay. Carbon 44(2006):1560–1564. doi:10.1016/
j.carbon.2005.12.025.
[WCA] World Coal Association. 2013. Coal Facts 2013. [internet]. [diacu 2014
Mei 4]. Tersedia dari http:// www.worldcoal.org/resources/coal-statistics.
14
Wu X, Liu Y, Fang M, Mei L, Luo B. 2011. Preparation and characterization of
carbon foams derived from aluminosilicate and phenolic resin. Carbon
(49). 1782 -1786. doi:10.1016/j.carbon.2010.12.065.
Yong-gang W, Zhen-hua M, Min C, De-ping X. 2009. Effect of heating
conditions on pore structure and performance of carbon foams. New
Carbon Materials 24(4): 321–326. doi: 10.1016/S1872-5805(08)60055-4.
Zhen-hua M, Min C, Shu Z, Xiu-dan W, Yong-gang W. 2007. Effect of
precursor on the pore structure of carbon foams. New Carbon Materials
22(1): 75-79. doi: 10.1016/S1872-5805(07)60009-2.
15
Lampiran 1 Skema penelitian
Resin fenolik
Fine coal
Preparasi :
Pengayakan > 60 mesh
Sintesis carbon foam
Carbon foam
Karakterisasi :
Kadar air
Kadar abu
Kandungan mineral
Karakterisasi :
Densitas ruah
Porositas
Kuat tekan
Resistensi oksidasi
SEM
Indeks insulasi
16
Lampiran 2 Bagan alir pembuatan carbon foam
Resin fenolik + Fine coal (30-50%)
dihomogenisasi
Dimasukkan ke dalam cetakan
Cetakan dimasukkan ke dalam reaktor pirolisis
Dipanaskan sampai tercapai suhu 130oC
(kecepatan pemanasan 5oC/menit dalam suasana
atmosfer nitrogen)
dibiarkan selama 45 menit
Dinaikkan suhu sampai 235oC
(kecepatan pemanasan 5oC/menit dalam suasana
atmosfer nitrogen)
dibiarkan selama 60 menit
Dinaikkan suhu sampai 330oC
(kecepatan pemanasan 5oC/menit dalam suasana
atmosfer nitrogen)
dimatikan tungku pemanas
Dibiarkan suhu turun secara bertahap sampai tercapai
suhu 200 oC
(dalam suasana atmosfer nitrogen)
Dibiarkan suhu turun secara bertahap sampai tercapai
suhu ruangan
(dalam suasana atmosfer nitrogen)
Dikeluarkan cetakan dari reaktor dan produk sintesis
dari dalam cetakan
Carbon foam
17
Lampiran 3 Data uji dan perhitungan kadar air fine coal
Uji
ke
Wadah
(g)
Wadah+sampel
sebelum
pemanasan (g)
Wadah+sampel
sesudah
pemanasan (g)
1
2
3
4
5
a
36.5397
36.7489
42.9721
26.7872
39.5562
b
37.5472
37.7627
43.9810
27.7976
40.5926
c
37.4308
37.6459
43.8640
27.6835
40.4716
Kadar air
(%)
(b-c)/(b-a)
x 100%
0.12
0.12
0.12
0.11
0.12
Rerata
(%)
Simpangan
baku
0.12
0.001
Rerata
(%)
Simpangan
baku
40.25
0.09
Lampiran 4 Data uji dan perhitungan kadar abu fine coal
Uji
ke
1
2
3
4
5
Wadah
(g)
Wadah+sampel
sebelum
pemanasan (g)
Wadah+sampel
sesudah
pemanasan (g)
Kadar abu
(%)
a
b
c
(c-a)/(b-a)
x 100%
29.9570
30.8445
33.3106
30.8050
34.2491
29.2737
30.2412
32.6920
30.1957
33.5764
28.8117
29.8360
32.2771
29.7852
33.1215
40.34
40.18
40.15
40.25
40.34
18
Lampiran 5 Data uji dan perhitungan densitas ruah carbon foam
Sampel
FC30
FC35
FC40
FC45
FC50
Ulangan
ke
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
1
2
3
4
5
Dimensi (cm)
Panjang Lebar Tinggi
(P)
(L)
(T)
1.700 1.572 1.078
1.528 1.982 1.328
1.538 1.458 1.178
1.556 1.628 1.100
1.678 1.478 1.022
1.678 1.718 1.228
1.656 1.608 1.322
1.688 1.528 1.200
2.036 1.738 1.374
1.592 1.662 1.224
1.452 1.386 1.138
1.526 1.428 1.062
1.594 1.642 1.108
1.698 1.492 1.200
1.584 1.522 1.152
1.632 1.442 0.958
1.844 1.600 1.044
1.796 1.672 1.058
1.668 1.478 1.078
1.644 1.772 0.948
1.736 1.600 0.852
1.564 1.632 0.826
1.678 1.642 0.786
1.718 1.662 0.836
1.766 1.648 0.858
Volume
(cm3)
(P x L
x T)
2.8808
4.0218
2.6416
2.7865
2.5346
3.5401
3.5203
3.0951
4.8620
3.2386
2.2902
2.3142
2.9000
3.0401
2.7773
2.2545
3.0802
3.1771
2.6576
2.7617
2.3665
2.1083
2.1656
2.3870
2.4971
Bobot
(g)
1.3200
1.1974
1.1449
1.2403
1.2977
1.5777
1.6141
1.5270
2.0246
1.6759
1.3833
1.3205
1.5127
1.7424
1.5961
1.6266
2.1556
1.9831
1.6670
1.7834
1.5099
1.4917
1.5001
1.6925
1.6517
Densitas (g/cm3)
Densitas
0.45820
0.29772
0.43342
0.44511
0.51198
0.44567
0.45851
0.49336
0.41641
0.51748
0.60401
0.57060
0.52162
0.57314
0.57470
0.72149
0.69982
0.62419
0.62726
0.64577
0.63803
0.70753
0.69268
0.70904
0.66145
Rerata
SB
0.4293 0.08
0.4663 0.04
0.5688 0.03
0.6637 0.04
0.6817 0.03
19
Lampiran 6 Data uji dan perhitungan porositas carbon foam
Dimensi
Sampel Ulangan Panjang
(cm)
1
2.238
FC30
2
2.128
3
1.688
1
1.758
FC35
2
1.800
3
1.798
1
1.682
FC4O
2
1.522
3
1.478
1
1.648
FC45
2
1.410
3
1.472
1
1.500
FC50
2
1.718
3
1.700
Sampel
FC30
FC35
FC4O
FC45
FC50
Ulangan
ke
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
1
2
3
Vol. air
(cm3)
(Bobot/
densitas)
0.8163
0.5593
0.7651
0.2371
0.2559
0.2358
0.1916
0.1376
0.1989
0.0915
0.1543
0.1961
0.1182
0.0714
0.0923
Lebar Tinggi
(cm)
(cm)
1.818 1.618
1.500 1.538
1.668 1.858
1.752 1.368
1.700 1.100
1.738 1.100
1.512 1.078
1.600 1.184
1.462 1.118
1.462 1.068
1.748 0.938
1.796 1.088
1.668 0.800
1.548 0.800
1.510 0.828
Vol. sampel
(cm3)
PxLxT
6.583
4.909
5.231
4.213
3.366
3.437
2.742
2.883
2.416
2.573
2.312
2.876
2.002
2.128
2.125
Bobot Sampel
Bobot1
Bobot2
(g)
(g)
2.5500
2.0110
1.5498
2.0113
1.5187
1.6852
1.6204
1.4500
1.6082
1.7164
1.5250
1.8704
1.3349
1.5255
1.3750
Bobot air (g)
(Bobot2bobot1)
3.3639
2.5686
2.3126
2.2477
1.7738
1.9203
1.8114
1.5872
1.8065
1.8076
1.6788
2.0659
1.4528
1.5967
1.4670
0.8139
0.5576
0.7628
0.2364
0.2551
0.2351
0.1910
0.1372
0.1983
0.0912
0.1538
0.1955
0.1179
0.0712
0.0920
Porositas (%)
(Vol. air/Vol.
Sampel)
12.40
11.39
14.62
5.63
7.60
6.86
6.99
4.77
8.23
3.55
6.67
6.82
5.91
3.36
4.34
Rerata
SB
12.81
1.65
6.70
1.00
6.66
1.75
5.68
1.84
4.54
1.29
20
Lampiran 7 Data uji dan perhitungan nilai kuat tekan carbon foam
Sampel Ulangan
Dimensi (mm)
Panjang Lebar
17.00
15.72
15.28
19.82
15.38
14.58
15.56
16.28
16.78
14.78
Luas (mm2)
Beban maksimum
(kgf) P
A
267.24
302.85
224.24
253.32
248.01
7.95477
4.34672
8.81551
7.56008
9.08990
Kuat Tekan (P/A)
kgf/mm2
N/mm2
0.030
0.29
0.014
0.14
0.039
0.39
0.030
0.29
0.037
0.36
FC30
1
2
3
4
5
FC35
1
2
3
4
5
16.78
16.56
16.88
20.36
15.92
17.18
16.08
15.28
17.38
16.62
288.28
266.28
257.93
353.86
264.59
11.03363
13.44148
19.03050
14.18493
16.74133
0.038
0.050
0.074
0.040
0.063
0.38
0.50
0.72
0.39
0.62
FC40
1
2
3
4
5
14.52
15.26
15.94
16.98
15.84
13.86
14.28
16.42
14.92
15.22
201.25
217.91
261.73
253.34
241.08
14.89346
16.40871
14.35828
21.94538
21.70288
0.074
0.075
0.055
0.087
0.090
FC45
1
2
3
4
5
16.32
18.44
17.96
16.68
16.44
14.42
16.00
16.72
14.78
17.72
235.33
295.04
300.29
246.53
291.32
50.12554
47.26874
40.18864
37.44170
30.62270
FC50
1
2
3
4
5
17.36
15.64
16.78
17.18
17.66
16.00
16.32
16.42
16.62
16.48
277.76
255.24
275.53
285.53
291.04
69.53320
63.78470
79.20810
56.67831
65.70698
Kuat Tekan (MPa)
MPa
0.29
0.14
0.39
0.29
0.36
Rerata
SB
0.29
0.10
0.38
0.50
0.72
0.39
0.62
0.52
0.15
0.73
0.74
0.54
0.85
0.88
0.73
0.74
0.54
0.85
0.88
0.75
0.14
0.213
0.160
0.134
0.152
0.105
2.09
1.57
1.31
1.49
1.03
2.09
1.57
1.31
1.49
1.03
1.50
0.39
0.250
0.250
0.287
0.199
0.226
2.45
2.45
2.82
1.95
2.21
2.45
2.45
2.82
1.95
2.21
2.38
0.32
21
Lampiran 8 Data uji dan perhitungan nilai resistensi oksidasi carbon foam
Sampel
Ulangan
ke
Cawan
a
FC30
FC35
FC40
FC45
FC50
Bobot (g)
Cawan +
Sampel sebelum
pemanasan
b
Bobot Hilang (%)
Cawan +
Sampel setelah
pemanasan
c
Bobot
Hilang (%)
Rerata
SB
76.31
12.87
72.34
10.07
69.89
10.00
68.67
1.72
71.03
7.23
(b-c)/(b-a) x
100%
1
17.5692
21.7857
19.1904
61.55
2
17.5889
19.1560
17.8682
82.18
3
40.4553
42.3137
40.7305
85.19
1
23.7681
26.5946
24.8513
61.68
2
23.7863
25.9958
24.3678
73.68
3
40.4683
42.6528
40.8686
81.68
1
17.4386
21.0991
18.9234
59.44
2
17.4444
19.4066
18.0164
70.85
3
36.6862
38.6699
37.0954
79.37
1
18.6264
22.4203
19.8357
68.13
2
18.5578
20.5282
19.1373
70.59
3
40.3883
42.9686
41.2323
67.29
1
22.0664
26.0307
23.5459
62.68
2
22.0488
23.8683
22.5004
75.18
3
46.2569
48.0296
46.6959
75.24
22
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Sukabumi pada tanggal 11 Februari 1981 dari Ayah
Didi Supandi dan Ibu Purnasih. Penulis merupakan putra pertama dari 5
bersaudara. Tahun 1999 penulis lulus dari SMUN Cisaat Sukabumi, tahun 2003
lulus dari D III Analisa Farmasi dan Makanan Poltekkes Kemenkes RI Jakarta II,
dan tahun 2008 melanjutkan pendidikan kimia di STMIPA Bogor, lulus tahun
2010. Penulis melanjutkan pendidikan pada program studi Magister Kimia
Sekolah Pascasarjana IPB tahun 2013. Penulis bekerja di Poltekkes Kemenkes RI
Jakarta II Prodi Analisa Farmasi dan Makanan sejak tahun 2003 dan tahun 2006
penulis diangkat sebagai PNS di Poltekkes Kemenkes RI Jakarta II.