Pembuatan Dan karakterisasi Bahan Keramik Berpori Dengan Aditif Sekam Padi Yang Digunakan Sebagai Filter Gas Buang

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI BAHAN KERAMIK

BERPORI DENGAN ADITIF SEKAM PADI YANG

DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG

TESIS

O l e h

DEBORA ROSPITA SIHITE

067026004/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2008

PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI BAHAN KERAMIK

BERPORI DENGAN ADITIF SEKAM PADI YANG

DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG

TESIS

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

Oleh

DEBORA ROSPITA SIHITE

067026004/FIS

SEKOLAH PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

2008

Judul Tesis : PEMBUATAN DAN KARAKTERISASI

BAHAN KERAMIK BERPORI DENGAN

ADITIF SEKAM PADI YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG

Nama Mahasiswa : Debora Rospita Sihite Nomor Pokok : 067026004 Program Studi : Fisika

Menyetujui, Komisi Pembimbing

(Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc) (Drs. Anwar Dharma Sembiring, MS)

Ketua Anggota

Ketua Program Studi, Direktur,

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. Dr. Marhaposan Situmorang

3. Prof. H. Muhammad Syukur, MS 4. Drs. Ferdinan Sinuhaji, M.Si

ABSTRAK

Penelitian ini bertujuan untuk membuat dan mengkarakterisasi bahan keramik berpori yang terbuat dari bahan bahan alam yang diambil dari daerah daerah Sumatera Utara yaitu Kaolin, Feldsfar, Clay, dan Kwarsa dengan aditif sekam padi yang bervariasi dari 0 hingga 30% dari berat total keramik. Penelitian ini berupa penelitian eksplorasi dengan metoda eksperimen karena bahan bahan alam yang digunakan tersebut masih memiliki informasi karakteristik yang sangat minim sekali, sementara informasi tersebut sangat dibutuhkan untuk digunakan dalam pembuatan keramik berpori dan aplikasinya dalam filter gas buang kenderaan bermotor.

Pembuatan keramik berpori ini dilakukan dengan menyediakan seluruh bahan yang diperlukan dalam bentuk bubuk 100 mesh. Proses pembuatan sampel keramik berpori dilakukan dengan metoda slip casting yaitu dengan terlebih dahulu mencampur semua bahan dengan air yang selanjutnya dicetak lalu diukur sesuai dengan yang diperlukan, kemudian dibakar hingga 11000C dan setelah suhu tersebut dicapai dilakukan penahanan hingga 2 jam kemudian didinginkan didalam furnace tempat pembakaran.

Setelah dicapai suhu kamar, sampel dikarakterisasi melalui pengujian sifat fisis dan mekanis yaitu uji susut volum dan massa, uji densitas dan porositas, Uji kekerasan dan kuat tekan, uji struktur bahan melalui XRD dan selanjutnya dilakukan uji absorbsi gas radikal yang berasal dari gas buang kenderaan bermotor.

Hasil yang diperoleh menyatakan bahwa dengan penambahan aditif semakin besar susut volum, densitas, kekerasan dan kuat tekan cenderung menurun sedang massa dan porositas cenderung bertambah. Untuk absorbsi gas radikal, setiap penambahan aditif 5% maka gas CO, CO2 dan HC dapat diabsorbsi masing masing sebesar 1%, 2% dan 4% sedang penambahan aditif 15% absorbsi untuk gas CO sebesar 5%.

ABSTRACT

The present research intends to make and characterize pored-ceramic made of natural materials taken from some regions of North Sumatera such as kaolin, feldsfar, clay and quartz using paddy chaff additive varying from 0 to 30% of the total weight of ceramics. The research is an explorative one using experimental method due to the natural materials used still have very minimal characteristics, whereas he informations is extremely required to be used for fabrication of pored-ceramic an the application in gas filter emitted by vechiles

The fabrication of such a pored-ceramic was caried out by supplying all the materials required in 100 mesh powder. The sampling of pored-ceramics was taken by slip casting by first mixing all the materials with sufficient water to be then casted or moulded and measured as required and then burn at 11000C and after reached the temperature, it was held for 2 hours and then cold in a furnace.

Afer reached a chamber temperature, the samples were characterized by testing physical and mechanical features such as volum and mass, density and porosity test, stiffness and pressing test, structural test of the materials through XRD and then followed by absorption test of radical gas emitted by vechiles.

The result of the research showed that the additions of the additive resulted in the volum, density, stiffness and pressing tend to reduce whereas the mass and porosity trend to increase. For absorption of radical gas, any addition of 5% additive, the CO, CO2 and HC gasseus may be absorbed as of 1% 2% and 4% respectively and the addition of 15% additive resulted in 5% absorption of CO.

KATA PENGANTAR

Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala rahmat dan berkatnya yang memberi kesehatan dan hikmat kepada penulis sehingga penelitian ini dapat diselesaikan dengan baik sesuai dengan waktu yang direncanakan. Dengan kerendahan hati dan penghargaan yang setinggi tingginya penulis menyampaikan terimakasih kepada :

Pemerintah Republik Indonesia c.q Pemerintah Provinsi Sumatera Utara, Bapak Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. Chairuddin P. Lubis, DTMH., Sp AK, Ibu Direktur Sekolah Pasca Sarjana USU, Prof Dr. Ir. Chairun Nisa, M.Sc, Bapak Wakil Direktur Sekolah Pasca Sarjana USU, Prof Dr. Ir A. Rahim Matondang, MSIE, yang telah memberi kesempatan dan fasilitas untuk mengikuti pendidikan Program Magister Sains pada Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana Universitas Sumatera Utara Medan.

Bapak 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 pengajar pada Program Studi Magister Fisika Sekolah Pascasarjana USU atas kemudahan dan kebijakan administrasi yang diberikan sehingga penulis dapat menyelesaikan pendidikan.

Bapak Ketua Komisi Pembimbing Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc dan Bapak Drs. Anwar Dharma Sembiring, MS selaku anggota komisi pembimbing atas berkat bimbingannya mulai dari usulan penelitian sampai sidang ujian dapat diselesaikan dengan baik.

Bapak P. Sitindaon Kepala Balai Logam Pusdiklat Perindustrian Medan; Bapak Nurdin Bukit, M.Si, Kepala Laboratorium Fisika FMIPA Universitas Negeri Medan; Bapak Prof. Dr. Azwar Manaf, Kepala Laboratorium MIPA Universitas Indonesia; Bapak Suparman dan Bapak Sudarto Kepala dan Waka Bengkel Auto 2000 Jl. Gatot Subroto Medan; Bapak J. Manalu, Kepala Desa Naga Timbul

Kecamatan Parmonangan Tapanuli Utara; Bapak Aman Batubara, Kepala Desa Bandar Pulau Batu Nanggor; Bapak Drs. Riko Marbun, saudara Lary yang turut dalam pencarian bahan penelitian yang memberi keleluasaan kepada penulis untuk mempergunakan alat yang dibutuhkan.

Mama Ny. St. Drs. L.E. Sihite br Siahaan dan Ibu Mertuaku Ny. St. M. Sihombing br Hutabarat yang dengan sabar mendengar keluhan keluhan ananda; Suamiku tercinta Drs. Eidi Sihombing, MS, atas motivasi asuhan dan perhatian yang selalu diharapkan penulis untuk selamanya; Anak anakku yang tersayang Jane Elnovreny, Ruth Ganda Juliana, Sehat Frengky Johannes yang menjadi motivatorku dalam menyelesaikan studi.

Rekan rekan angkatan 2006 Program Magister Fisika FMIPA USU Khususnya rekan rekan sepenelitian Andrita Nababan, Tiar Delimawati Tambunan dan Tao Nainggolan yang telah memberi dorongan dan bantuan sehingga pelaksanaan penelitian dan penyusunan tesis ini dapat diselesaikan.

Penulis telah berupaya semaksimal mungkin dalam penyelesaian tesis ini namun penulis menyadari masih banyak kelemahan baik dari segi isi maupun tata bahasa, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat membangun dari pembaca demi sempurnanya tesis ini.

Kiranya isi tesis ini bermanfaat bagi pengembangan ilmu pengetahuan.

Penulis,

RIWAYAT HIDUP

DATA PRIBADI

Nama lengkap berikut gelar : Dra. Debora Rospita Sihite Tempat dan Tanggal lahir : Bandung, 13 Juni 1965

Alamat rumah : Jl. Rakyat No 100 /104 Medan 20237 Telp./HP : 0616620396 / 08126409865

e-Mail : debora_sihite @ yahoo.co.id Instansi Tempat Bekerja : SMA Negeri 18 Medan

Alamat Kantor : Jl. Wahidin No 15A Medan 20211

Telepon : 0614570342

DATA PENDIDIKAN

SD : SD PK Methodist, Jl. Thamrin No 58 Medan TAMAT: (1977) SMP : SMP PK Methodist, Jl. Thamrin No 58 Medan TAMAT: (1981)

SMA : SMA Negeri 3 Medan TAMAT: (1984)

Strata-1: IKIP Negeri Medan TAMAT: (1989) Strata-2: Program Studi Magister Fisika TAMAT: (2008)

Sekolah Pasca Sarjana USU Medan

DAFTAR ISI

Halaman

ABSTRAK ... i

ABSTRACT... ii

KATA PENGANTAR ... iii

RIWAYAT HIDUP... v

DAFTAR ISI... vi

DAFTAR TABEL... ix

DAFTAR GAMBAR ... x

DAFTAR LAMPIRAN... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Ruang Lingkup Masalah ... 3

1.3 Pembatasan Masalah ... 3

1.4 Perumusan Masalah ... 4

1.5 Tujuan Penelitian ... 4

1.6 Manfaat Penelitian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Prinsip Dasar Keramik ... 6

2.2 Bahan Bahan Keramik ... 8

2.2.3 Feldsfar... 9

2.2.4 Kwarsa ... 11

2.2.5 Karbon dari sekam padi ... 12

2.3 Pembentukan Keramik ... 16

2.4 Susut Bakar ... 17

2.5 Densitas ... 19

2.6 Porositas ... 19

2.7 Kekuatan Tekan ... 21

2.8 Kekerasan... 21

2.9 Gas Buang Kenderaan Bermotor ... 22

2.10 Difraksi Sinar X ... 24

BAB III METODE PENELITIAN ... 27

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian ... 27

3.2 Alat dan Bahan... 27

3.3 Prosedur Penelitian ... 29

3.4 Pengolahan Aditif dan Bahan Baku Keramik ... 31

3.4.1 Pengolahan aditif keramik berpori ... 31

3.4.2 Pengolahan bahan baku keramik berpori ... 31

3.4.3 Pencampuran bahan ... 31

3.4.4 Penimbangan bubuk untuk sampel ... 32

3.4.5 Pencetakan sampel ... 32

3.4.7 Pembakaran sampel... 33

3.4.8 Pendinginan sampel ... 34

3.5. Karakterisasi... 34

3.5.1 Susut bakar ... 35

3.5.2 Densitas ... 35

3.5.3 Porositas ... 35

3.5.4 Kekuatan terhadap tekanan ... 36

3.5.5 Kekerasan... 36

3.5.6 Uji absorbsi ... 36

3.5.7 Analisis menggunakan x-ray diffraction... 37

3.6 Variabel Penelitian ... 37

3.7 Teknik Analisis Data ... 38

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 39

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 52

5.1 Kesimpulan ... 52

5.2 Saran-Saran ... 53

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

3.1 Perbandingan Massa Bahan dengan Massa Aditif ... 29

4.1 Komposisi Bahan Baku Alam Keramik... 39

4.2 Susut Volum dan Susut Massa... 40

4.3 Densitas dan Porositas ... 42

4.4 Kekerasan dan Kekuatan Tekan ... 44

4.5 Absorbsi Gas Radikal... 46

4.6 Hasil Karakterisasi XRD untuk Sampel dengan Aditif Karbon Sekam Padi 0%... ... 49

4.7 Hasil Karakterisasi XRD untuk Sampel dengan Aditif Karbon Sekam Padi 10% ... 50

4.8 Hasil Karakterisasi XRD untuk Sampel dengan Aditif Karbon Sekam Padi 20% ... 51

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

2.1 Beberapa Fasa Silika ... 12

2.2 Sketsa Hamburan Sinar-X... 25

3.1 Diagram Alir Prosedur Perlakuan ... 30

3.2 Diagram Pemanasan dan Pendinginan Sampel ... 34

4.1 Grafik Susut Volum terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi ... 41

4.2 Grafik Susut Massa terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi ... 41

4.3 Grafik Perobahan Densitas terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi... 43

4.4 Grafik Perubahan Porositas terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi ... 43

4.5 Grafik Perubahan Kekerasan terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi ... 45

4.6 Grafik Perubahan Kuat Tekan terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi ... 45

4.7 Grafik Absorbsi Gas Radikal CO terhadap Jumlah Aditif Karbon Sekam Padi ... 47

4.8 Grafik Absorbsi Gas Radikal CO2 terhadap Jumlah Aditif Karbon Sekam Padi ... 47

4.9 Grafik Absorbsi Gas Radikal HC terhadap Jumlah Aditif Karbon Sekam Padi ... 48

4.11 Pola Difraksi XRD untuk Sampel dengan Aditif Karbon Sekam Padi 10% ... 50 4.12 Pola Difraksi XRD untuk Sampel dengan Aditif Karbon Sekam

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Judul Halaman

A Karakterisasi Bahan Baku Keramik Berpori ... 57

B Tabel Data Pengukuran Volum dan Massa Sampel Berbentuk Pelet 61 C Perhitungan Ralat Pengukuran... 63

D Tabel Densitas dan Porositas ... 64

E Tabel Data Pengukuan Kekuatan Tekan ... 65

F Perhitungan Ralat Pengukuran Kekuatan Tekan... 66

G Tabel Data Pengukuran Kekerasan ... 68

H Tabel Korelasi Nilai Kekerasan ... 69

I Tabel Data Pengukuran Volum Berbentuk Silinder... 71

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Keramik adalah salah satu produk industri yang banyak digunakan dalam kebutuhan rumah tangga, industri mekanik, elektronika, filter bahkan dipakai pada bidang teknologi ruang angkasa. Bahan keramik terbuat dari bahan baku yang berbentuk butiran dan mengalami proses pencampuran, pengeringan, pembakaran dan sintering. Pembuatan keramik dengan cara baru telah dilakukan melalui proses pembuatan yang terkendali pada sifat sifat khas fungsional dalam elektromagnetik, mekanik, optik, termal, biokimia dan sifat lainnya. Kekuatan dan kekerasan keramik dipengaruhi oleh ukuran dan bentuk butiran serta jenis dan fasa batas butiran, temperatur pembakaran, model pembentukan dan sejenisnya. Penambahan bahan campuran dapat memberi pengaruh yang besar terhadap kenaikan maupun penurunan kekuatannya, dan hal ini sangat tergantung kepada jenis bahan baku keramik.

Bahan baku keramik seperti kaolin, kuarsa, feldsfar dan lempung (clay)

serta campuran lain dapat dicampur dengan perbandingan tertentu, kemudian diproses dan dicetak lalu dibakar akan dapat menghasilkan keramik industri (Marcel.B, 2004). Pada saat dibakar bahan-bahan tersebut saling bereaksi satu sama lain sehingga membentuk satu produk yang sifatnya berbeda dengan bahan bakunya.

Keramik berpori 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 telah berhasil membuat keramik berpori dari bahan alumina dengan cara slip casting dan menambahkan tepung jagung sebagai bahan aditif (Lindqvist dan Liden, 2000). Selain itu, berbagai cara telah dilakukan untuk mengurangi polusi gas radikal seperti yang dilakukan oleh E Y. Lee dkk berhasil membuat bahan keramik biofilter yang dapat mereduksi pencemaran udara ( Lee, E.Y, et al (2001).

Pada pengolahan limbah dengan tujuan mengurangi polusi tetapi menimbulkan polusi baru seperti, pada insinerator permasalahannya lebih kompleks dimana semula insenerasi limbah bertujuan menghindari terjadinya pencemaran tanah, ternyata memindahkan masalah ke media lain yaitu udara dan air (Asril, Lutan, 1981). Karena itu pengolahan limbah menjadi suatu bentuk perpindahan pencemaran dari suatu media ke media lain. Pencemaran udara tidak saja dihasilkan oleh cara pengolahan limbah seperti yang disebut di atas tetapi juga dari pabrik dan pada umumnya kendaraan yang digunakan sebagai alat transportasi.

Usaha telah dilakukan untuk meminimalkan limbah yang dapat mencemari air, tanah dan udara, misalnya untuk pencemaran udara akibat gas buang telah dibuat alat dari bahan keramik berpori. Bahan bahan seperti kaolin, kuarsa, feldsfar dan clay

dapat digunakan untuk membuat keramik yang banyak dijumpai di daerah Sumatera Utara. Apabila bahan bahan ini ditambah dengan bahan aditif misalnya bahan karbon dari sekam padi akan membentuk keramik berpori yang dapat digunakan sebagai

filter untuk gas buang. Namun informasi fisis dan kimia dari bahan bahan lokal tersebut sangat minim.

Untuk itu, dalam penelitian ini akan dirancang suatu keramik berpori dengan menggunakan bahan lokal dan dipakai untuk filter gas buang yang berasal dari kenderaan bermotor. Karena itu, penelitian ini berupa penelitian eksploratif dengan menggunakan metoda eksperimen untuk mengetahui karakteristik keramik berpori yang dibuat dari bahan lokal.

1.2Ruang Lingkup Masalah

Penelitian ini akan membahas tentang pengurangan (reduksi) polusi udara yang dihasilkan oleh gas buang kenderaan bermotor dengan menggunakan keramik berpori yang diberi bahan aditif karbon dari sekam padi.

1.3 Pembatasan Masalah

Dalam penelitian ini yang menjadi batasan masalah adalah pembuatan dan karakterisasi bahan keramik berpori dengan bahan aditif karbon dari sekam padi yang digunakan untuk mengetahui persentase pengurangan jumlah gas-gas berbahaya (radikal) yang dihasilkan oleh gas buang kenderaan bermotor yang menggunakan bahan bakar bensin (premium).

Bahan keramik yang dibuat terdiri dari bahan kaolin, feldsfar,clay dan kwarsa dengan bahan aditif karbon yang berasal dari sekam padi, sehingga perumusan masalah dalam penelitian ini adalah:

a. Adakah peran bahan aditif karbon yang berasal dari sekam padi pada bahan keramik berpori untuk mengurangi persentase zat radikal yang berasal dari gas buang kenderaan ?

b. Berapa persenkah gas radikal yang berasal dari kenderaan bermotor dapat berkurang jika dilewatkan dari keramik berpori yang diberi bahan aditif karbon dari sekam padi ?

1.5 Tujuan Penelitian

Penelitian ini bertujuan :

a. Untuk membuat dan mengetahui informasi fisis dan mekanik dari bahan keramik berpori yang berasal dari bahan lokal

b. Untuk mengetahui peranan karbon dari sekam padi dalam keramik berpori untuk tujuan mengurangi gas radikal yang berasal dari gas buang kenderaan bermotor

c. Untuk mengetahui persentasi berkurangnya gas radikal yang berasal dari kenderaan bermotor yang dilewatkan melalui keramik berpori dengan bahan aditif karbon dari sekam padi

Hasil penelitian ini dimanfaatkan untuk :

a. Studi awal mengetahui fungsi bahan aditif karbon dari sekam padi pada keramik berpori .

b. Mengurangi gas radikal dari gas buang kenderaan bermotor.

TINJAUAN TEORITIS

2.1Prinsip Dasar Keramik

Keramik umumnya dapat dibuat dari bahan baku alam dan dapat diproses pembuatannya dengan cara pengendalian proses pembuatan hingga keramik tersebut memiliki sifat yang khas misalnya pada elektromagnetik, biokimia, filter optik dan lainnya. Kekuatan keramik dipengaruhi oleh bahan campuran sehingga keramik tergantung dari bahan baku dan bahan paduannya.

Kekuatan dan ikatan keramik menyebabkan tingginya titik lebur, kerapuhan, daya tahan terhadap korosi, rendahnya konduktivitas termal, dan tingginya kekuatan kompressif dari material tersebut. Keramik secara umum dapat ditunjukan melalui rumus kimia dari senyawa: Ma Xc, Ma Nb Xc dimana M dan N dapat mewakili elemen logam dan X mewakili elemen nonlogam yang dapat membentuk senyawa stabil dengan logam. Tanda X biasanya diwakili oleh O (oksigen), tetapi boleh juga oleh Cl, C, N, dan S. Keramik yang paling biasa misalnya SiO2, Al2O3, CaO, Na2O, TiC, UO2, PbS, Mg Si O3 dan lain lain.

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 kekuatan tekanan yang lebih besar dibanding tegangannya. Perbedaan struktur logam dan keramik sangat kontras.

Pada senyawa keramik yang mengandung bahan bukan logam dan elemen-elemen semilogam, karena pembagian elektronnya dapat terjadi polimerisasi yang mungkin ditemukan dalam beberapa bahan keramik. Kebanyakan bahan keramik dari gelas mengalami polimerisasi tinggi.

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 yang kompleks.

2.2Bahan bahan Keramik 2.2.1 Kaolin

Kaolin merupakan massa batuan yang tersusun dari material lempung dengan kandungan besi yang rendah, dan umumnya berwarna putih atau agak keputihan. Kaolin mempunyai komposisi hidrous aluminium silikat (2H2O.Al2O3.2SiO2), dengan disertai mineral penyerta. Proses pembentukan kaolin (kaolinisasi) dapat terjadi melalui proses pelapukan dan proses hidrotermal alterasi pada batuan beku feldspartik.

Sifat-sifat mineral kaolin antara lain, plastis, mempunyai daya hantar panas dan listrik yang rendah, serta pH bervariasi. Pengeringan (endothermic dehydroxylation) pada suhu 550-6000C akan menghasilkan disordered metakaolin Al2Si2O7 dengan terus kehilangan gugus hydroxyl (-OH) ketika suhu mencapai 9000C. Pemanasan 925-9500C metakaolin berubah menjadi Aluminim silikon Si3Al4O12 atau 2Al Si O2 2 7 →Si Al O3 4 12 +SiO2, pemanasan hingga 1050

0

C fasa Si3Al4O12 berobah menjadi mullite, 3Al2O3•2SiO2 dan kristal Cristobalite :

3 4 12 2 6 13 2

3Si Al O →2Si Al O +5SiO (Bailey.S.W, 1980). Kaolin dapat digunakan dalam pembuatan keramik, bahan obat, pelapis kertas, sebagai aditif pada makanan dan pada pasta gigi. Bahan kaolin dalam penelitian ini diambil dari Desa Bandar Pulau Pekan Dusun III Batunanggor. Kabupaten Asahan Sumatera Utara dengan cadangan lebih kurang 57.510.000 ton.

2.2.2 Clay

Pada umumnya ada dua jenis clay yaitu: ball clay dan fire clay. Ball clay

digunakan pada keramik putih karena memiliki plastisitas tinggi dan tegangan patah tinggi dan tidak pernah digunakan tersendiri. Fire clay terdiri dari tiga kelas yaitu : 1). Flin fire clay yang memiliki struktur kuat

2). Plastik fire clay yang memiliki workabilitas baik

3). High aluminaclay dipergunakan untuk refraktori dan bahan tahan api

Bahan ini diambil dari Desa Ranggitgit Kecamatan Parmonangan Kabupaten Tapanuli Utara.

2.2.3 Feldsfar

Feldsfar sangat penting dalam campuran bahan keramik. Secara umum

feldsfar dinyatakan dalam bentuk :

1 8

3

X x

Al

K Na O

Si

− ⎡ ⎤⎢ ⎥

⎣ ⎦

Pada umumnya ada 3 jenis feldsfar yaitu: 1). Orthoclas ₈

3 Al K O Si ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦

2). Albite ₈

3 Al Na O Si ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦

3). Anorthite ₈

3 Al Ca O Si ⎡ ⎤ ⎢ ⎥ ⎣ ⎦

Secara mineralogi feldspar dikelompokkan menjadi plagioklas. Feldsfar plagioclas berbentuk suatu deret teratur, tetapi orthoclas dengan ion ion K+ berbatasan dengan Albite. Feldsfar merupakan suatu silikat alamiah, berwarna merah jambu atau kecoklat-coklatan dan merupakan mineral granit dengan salah satu komposisinya adalah NaAlSi O_{3 8}. Feldsfar merupakan jaringan silikat dan satu diantaranya empat atom silikon digantikan oleh ion aluminium. Aluminium bermuatan tiga, sedangkan silikon bermuatan empat sehingga perlu ditambahkan muatan Na+ untuk mengimbanginya sebagai ion sisipan. Jaringan ini bersifat terbuka sehingga ada tempat untuk ion tambahan.

Pada umumnya feldsfar digunakan dalam pembuatan keramik sebagai bahan fluks (fluxing material) yaitu sebagai sumber alumina dalam gelas dan sumber alkali dalam gelas dan sumber alkali dalam gelasir dan enemel.

Sebagai mineral silikat pembentuk batuan, feldspar mempunyai kerangka struktur tektosilikat yang menunjukkan 4 (empat) atom oksigen dalam struktur tetraheral SiO2 yang dipakai juga oleh struktur tetraheral 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

barium feldspar (Ba Al2Si2O8) sedangkan secara mineralogi feldspar dikelompokkan menjadi plagioklas dan K-feldspar.

Keberadaan feldspar dalam kerak bumi cukup melimpah. Walaupun demikian untuk keperluan komersial dibutuhkan feldspar yang memiliki kandungan (K2O + Na2O) > 10%. Selain itu, material pengotor oksida besi, kuarsa, oksida titanium dan pengotor lain yang berasosiasi dengan feldspar diusahakan sesedikit mungkin.

Feldsfar yang dignakan dalam penelitian ini diambil dari Desa Dolok Matutung Kecamatan Pangaribuan Kabupaten Tapanuli Utara.

2.2.4 Kwarsa

Struktur atomik dari kwarsa adalah tetrahedron yang mana salah satu atom silikon dikelilingi oleh empat atom oksigen. Contoh yang paling sederhana adalah : Forsterit (Mg2SiO4). Dalam Mg2SiO4 ion SiO4-diperoleh empat elektron dari atom-atom magnesium. Masing masing atom-atom magnesium memberikan satu elektron ke kesatuan dari SiO4. Pada temperatur kamar satuan tetrahedral dari silika tersusun dalam suatu susunan heksagonal, tetapi pada temperatur 8750C kestabilan susunan tetrahedral berubah. Fasa temperature rendah dari silika disebut: kwarsa, mineral temperatur menengah disebut tridymit dan mineral temperatur tinggi disebut kristobalit. Perubahan dari kwarsa ke tridymit merupakan perubahan besar dalam susunan kristalnya.

Kristobalit dan tridymit mungkin sebagai fasa metastabil pada temperatur kamar, sedangkan kwarsa kemungkinan ada pada temperatur tinggi sebagai fasa

metastabil. Kristobalit mengalami suatu perubahan struktur yang lebih baik, tetapi bukan pematahan. Tridymit dua perubahan pada jangkauan metastabilnya pertama pada temperatur 1170C dan yang lain pada temperatur 1630C. Inversi yang cepat ini mempengaruhi silika sebagai bahan refraktori (bahan tahan api) dengan dibawah kondisi perubahan temperatur yang cepat. Dalam Penelitian ini digunakan kwarsa dari Desa Naga Timbul Kecamatan Parmonangan Kabupaten Tapanuli Utara.

Gambar 2.1 Beberapa Fasa Silika

2.2.5 Karbon dari Sekam Padi

Sekam padi dihasilkan dari proses penggilingan padi, sekam ini adalah lapisan beras yang meliputi kariopsis terdiri dari dua belahan yang disebut lemma dan palea yang saling bertautan. Persentase sekam dari gabah bervariasi bergantung pada varietas padi yang berkisar antara 16,3 – 26% dan mengandung 33,7% karbon dan

Low Quartz High Quartz

• 16 3 0 C • 11 7 0 C • 21 0 0 C • 87 0 0 C • 47 5< 57 3 0 C Low Cristobalite Vitreous Silica High Cristobalite Tri Dymit • 27 2 0 C • 1 470 0 C • 0 0 C • 50 0 0 C • 1 500

0 C •

1

723

0 C

kadar air 11,8 – 12,9 pada RH 70-8-% suhu 250C; kerapatan jenis sekitar 0,100 g/ml atau 125 kg/m3; dan nilai kalor 3300 -3600/kg sekam, nilai kalor 1 kg = 3300 kkalori. Selanjutnya menurut DTC-ITB dalam Andriati A.H (2007) komposisi kimia sekam adalah sebagai berikut: Karbon 11,33%; Hidrogen 1,540%; Oksigen 33,640% dan Silica 16,980%.

Sekam padi memiliki komponen anorganik hingga 20% beratnya, yang di dalamnya terkandung 94% silika dan sisanya sebanyak 6% terdiri dari K2O, CaO, MgO, MnO, Al2O3, P2O5 dengan konsentrasi yang semakin rendah . Komponen utama organik dalam sekam padi adalah selulosa dan homo selulosa sebanyak 50%, lignin sebanyak 26% dan sisanya 4% merupakan komponen organik lainnya berupa minyak protein dan lain lain (De Souza et.al: 2002).

Silika yang terdapat pada sekam ada dalam amorf terhidrat. Untuk memisahkan komponen-komponen organik lainnya melibatkan pembakaran sekam di atas 4500C. Selama pembakaran oksida-oksida pengotor khususnya oksida logam dan non logam, kalsium, magnesium, potassium, sodium, dan aluminium oksida seluruh komponen yang terdapat dalam sekam bereaksi dalam temperatur tinggi. Semakin lama sintering pada temperatur yang tinggi maka akan mengalami perubahan struktur yang lebih baik (De Souza et.al: 2002)

Karbon dapat digunakan untuk bahan penyerap (absorben) gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu (sifat absorpsinya selektif), tergantung pada besar atau volum pori-pori dan luas permukaan. Untuk karbon aktif daya serapnya sangat besar yaitu 25-100 % terhadap beratnya. Karbon aktif sebagai penyerap uap, biasanya berbentuk

granular atau pellet yang sangat keras diameter pori berkisar antara 10-200 Å, tipe pori lebih halus, digunakan dalam rase gas, berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut katalis pemisahan dan pemurnian gas. Untuk keperluan ini karbon dapat dihasilkan dari sekam padi. Bahan ini mempunyai densitas kecil sehingga digunakan untuk penyerap uap dan gas.

Untuk pembuatan karbon proses aktifasi merupakan hal yang penting diperhatikan disamping bahan baku yang digunakan. Aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap karbon yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga karbon mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya absorpsi. Metoda aktifasi yang umum digunakan dalam pembuatan karbon adalah:

a. Aktifasi Kimia: Proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakian bahan-bahan kimia.

b. Aktifasi Fisika: proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap dan CO2.

Oksidasi dengan udara pada temperatur rendah merupakan reaksi eksoterm sehingga sulit untuk mengontrolnya. Sedangkan pemanasan dengan uap atau CO2 pada temperatur tinggi merupakan reaksi endoterm, sehingga lebih mudah dikontrol dan paling umum digunakan.

sebagai penyerap uap. Bahan baku dikarbonisasi pada temperatur 400-5000C untuk mengeleminasi zat-zat yang mudah menguap. Kemudian dioksidasi dengan gas pada 800-10000C untuk mengembangkan pori dan luas permukaan. Dalam beberapa hal, adalah menguntungkan untuk menghancurkan atau menghaluskan karbon menjadi bentuk powder, kemudian membentuknya kembali menjadi pellet dengan menggunakan ter sebagai pengikat. Selanjutnya, dihancurkan kembali dan dikarbonisasi pada 500-7000C dan diaktifasi dengan uap pada suhu 850-9500C. Proses ini akan menghasilkan partikel yang lebih mudah diaktifasi karena mempunyai saluran-saluran yang lebih besar atau pori-pori makro sebagai jalan masuknya gas pengoksidasi dan memudahkan produk-produk reaksi untuk meninggalkan pusat partikel.

Cheremisinoff dan AC. Moressi, mengemukakan bahwa proses pembuatan karbon terdiri dari tiga tahap yaitu:

a. Dehidrasi: proses penghilangan air. Bahan baku dipanaskan sampai temperatur 1700C.

b. Karbonisasi: pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon. Temperatur di atas 1700C akan menghasilkan CO, C02 dan asam asetat. Pada temperatur 2750C, dekomposisi menghasilkan tar, metanol dan hasil sampingan lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400 – 6000C.

c. Aktifasi: dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan dengan uap atau C02 sebagai aktifator.

menjadi karbon dan digunakan untuk bahan penyerap (absorben). Karbon dapat mengabsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat absorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volum pori-pori dan luas permukaan. Untuk keperluan ini karbon dapat dihasilkan dari sekam padi. Bahan ini mempunyai densitas kecil sehingga digunakan untuk penyerap uap dan gas.

Untuk pembuatan karbon proses aktifasi merupakan hal yang penting diperhatikan disamping bahan baku yang digunakan. Aktifasi adalah suatu perlakuan terhadap karbon yang bertujuan untuk memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga karbon mengalami perubahan sifat, baik fisika maupun kimia, yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya absorbsi.

2.3Pembentukan Keramik

Pembentukan keramik dapat dilakukan dengan berbagai cara antara lain :

a. Die Pressing

Pada proses ini bahan keramik dihaluskan hingga membentuk bubuk, lalu dicampur dengan pengikat (binder) organik kemudian dimasukkan ke dalam cetakan dan ditekan hingga mencapai bentuk padat yang cukup kuat. Metode ini umumnya digunakan dalam pembuatan ubin, keramik elektronik atau produk dengan cukup sederhana karena metode ini cukup murah

b. Rubber Mold Pressing

Metoda ini dilakukan untuk menghasilkan bubuk padat yang tidak seragam dan disebut rubber mold pressing karena dalam pembuatannya ini menggunakan sarung yang terbuat dari karet. Bubuk dimasukkan kedalam sarung karet kemudian dibentuk dalam cetakan hidrostatis.

c. Extrusion Molding:

Pembentukan keramik pada metode ini melalui lobang cetakan. Metode ini biasa digunakan untuk membuat pipa saluran, pipa reaktor atau material lain yang memiliki suhu normal untuk penampang lintang tetap.

d. Slip Casting

Metoda ini dilakukan untuk memperkeras suspensi dengan air dan cairan lainya, dituang kedalam plester berpori, air akan diserap dari daerah kontak kedalam cetakan dan lapisan lempung yang kuat terbentuk.

e. Injection Molding

Bahan yang bersifat plastis diinjeksikan dan dicampur dengan bubuk pada cetakan. Metode ini banyak digunakan untuk memproduksi benda benda yang mempunyai bentuk yang kompleks.

2.4Susut Bakar

Pengukuran susut bakar dilakukan pada sampel uji berbentuk pelet dan silinder berongga. Susut bakar ini terdiri dari dua bagian yaitu :

a. Susut bakar volum adalah perbandingan perubahan volum (ΔV) dengan volum sampel sebelum dilakukan pembakaran yang dinyatakan sebagai berikut:

% susut bakar volum = 0

0

1 0 0 % t

V V

x V

−

...(2.1) dimana :Vo = Volum sampel sebelum dibakar (cm3), Vt = Volum sampel sesudah dibakar (cm3).

b. Susut bakar massa adalah perbandingan perubahan massa (Δm) dengan massa sampel sebelum dilakukan pembakaran (m0), dinyatakan sebagai berikut:

% susut bakar massa = 0 0

100% t

m m

x m

− _...(2.2)

dimana: m0 = Massa sampel sebelum dibakar (gram) dan mt = Massa sampel sesudah dibakar (gram)

Susut bakar umumnya terjadi akibat hilangnya air karena penguapan dan terjadinya reaksi zat aditif dalam keramik dan butiran kecil menyatu aktif terhadap butiran besar. Kekosongan yang terjadi akan diisi oleh bahan fluks (pelebur), hal inilah yang mungkin dapat menyebabkan berkurangnya massa dan volum sampel.

2.5Densitas

Densitas pada material didefenisikan sebagai : massa per satuan volum, dinyatakan dalam persamaan sederhana:

m V

ρ= ...(2.3) Dalam prakteknya kadang kadang sampel yang akan di ukur mempunyai ukuran dari bentuk yang tidak teratur, sehingga penentuan volum mengalami kesulitan serta kerapatannya diragukan. Pengukuran kerapatan massa memberikan hasil yang lebih akurat dapat dilakukan dengan metoda Archimedes. Dalam pengukuran Archimedes bahannya dilapisi lilin agar pori pori yang terbentuk tidak terisi oleh air.

2.6Porositas

Phasa yang selalu ada pada keramik yang dibuat dengan pemadatan bubuk (powder compect) dan perlakuan panas adalah porositas. Porositas dapat dicirikan dengan fraksi volum renik yang ada, ukuran, bentuk dan distribusi dibandingkan dengan fasa yang lain. Sifatnya sangat tergantung dengan bentuk renik dan distribusinya. Semakin kecil ukuran partikel keramik semakin kecil pula porositasnya. Persentase porositas keramik dapat diketahui berdasarkan daya serap bahan terhadap air, yaitu perbandingan volum air yang diserap dengan volum total sampel. Secara matematis hal ini dapat dirumuskan sebagai berikut:

(

)

% b k 100%

a t

m m

porositas x

V

ρ− =

⋅ ...(2.4) dimana: mb = massa basah (gr), mk = massa kering (gr), ρa = massa jenis air (gr/cm3) dan Vt = volum sampel sesudah dibakar (cm3)

Pengukuran porositas keramik secara konvensional biasanya dilakukan dengan cara pengukuran perbedaan massa dalam keadaan kering dan jenuh air. Hal ini memerlukan waktu yang lama. Untuk mengatasi hal tersebut dapat digunakan gelombang ultrasonik.

Filtrasi adalah proses pemisahan partikel padatan tersuspensi pada fluida cair maupun gas secara fisik maupun mekanis dengan menggunakan media berpori, partikel padatan yang tertahan media disebut cake dan fasa yang dilewatkan sebagai filtrat. Media berpori atau filter yang digunakan memiliki berbagai macam spesifikasi tergantung pada penggunaannya. Keramik memiliki sifat-sifat yang dibutuhkan sebagai filter antara lain tahan korosi, tidak bereaksi dengan campuran yang dipisahkan, serta pori dan kekuatannya dapat diatur.

Porositas dapat diatur dengan menambahkan bahan aditif dan bahan lain yang dapat menghasilkan gas pada saat di bakar sehingga meninggalkan rongga yang disebut pori. Porositas yang tinggi dapat mengakibatkan kekuatan mekanik menjadi rendah.

2.7 Kekuatan Tekan

Kekuatan tekan didefenisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap pembebanan yang dilakukan sampai bahan tersebut pecah. Secara umum dapat diketahui hubungan antara kekuatan terhadap tekanan (pembebanan yang diberikan) adalah sebagai berikut:

F P

A

= ...(2.5) dimana: P = kekuatan tekan (Pa), F adalah pembebanan dalam satuan newton dan A adalah luas penampang dalam satuan m2.

2.8Kekerasan

Menurut metoda Vickers (HV) pengukuran kekerasan digunakan persamaan berikut:

2

1,8544 V

P H

D

= ...(2.6) dimana: P = beban penekan (kgf), dan D = panjang diagonal jejak indentor (m)

Alat yang digunakan pada uji kekerasan adalah Equotip Hardness, alat uji ini diperkenalkan pada tahun 1977, dengan satuan pengukurannya disebut Leeb Value

sesuai dengan nama penemunya Dietmar Leeb, menggunakan baterai dalam mengoperasikannya dan bekerja secara otomatis (digital), penggunaanya sangat praktis sesuai dengan bentuknya yang kecil dan sederhana dan dapat dibawa kemanapun.

Selain itu ada juga alat untuk menguji kekerasan suatu bahan dengan cara digital yaitu Equotip Hardness Tester (George F. Vander Voort, 1984).

.

2.9 Gas Buang Kenderaan Bermotor

Polusi udara merupakan gabungan antara asap kotor dan bau yang tidak sedap, dan banyak di antaranya merupakan sumbangan dari emisi gas buang kendaraan bermotor. Emisi ini merupakan pemancaran atau pelepasan gas yang berasal dari pembakaran pada kendaraan bermotor yang menggunakan bahan bakar yang berasal dari minyak bumi (bensin dan solar) ke lingkungan udara melalui knalpot kendaraan bermotor.

Polusi udara yang dihasilkan oleh kenderaan bermotor dapat menimbulkan berbagai gangguan fungsi tubuh. Gas buang kendaraan bermotor terdiri dari berbagai gas seperti: 1). karbon monoksida (CO), 2). karbon dioksida (CO2), 3). nitrogen oksida (NOx), 4). nitrogen dioksida (NO2), 5). ozon (O3), 6). sulfur dioksida (SO2) dan partikulat seperti 7). Hidrokarbon (HC), 8). plumbum dioksida (PbO2) dan 9). senyawa organik lain. Zat-zat ini dapat menimbulkan gangguan kesehatan seperti saluran pernapasan dan paru yang ditimbulkan oleh: sulfur dioksida, nitrogen dioksida dan ozon (Faisal Yunus 1988). Saluran napas dan paru berguna untuk proses respirasi yaitu pengambilan oksigen untuk keperluan metabolisme dan pengeluaran karbon dioksida dan air sebagai hasil metabolisme.

buang tergantung dari jenis bahan bakar yang digunakan; sulfur dioksida yang berasal dari solar lima kali lebih banyak dibandingkan dengan SO2 yang terjadi pada pemakaian bahan bakar bensin.

Nitrogen dioksida terbentuk dari pembakaran minyak yang tidak sempurna pada temperatur yang tinggi. Menurut Franton (1991) dalam Faisal (1988), nilai ambang batas NO2 adalah sebesar 0,05 ppm/jam. Ozon terbentuk akibat reaksi fotokimia antara nitrogen oksida dan bahan organik. Pada gas buang kendaraan bermotor terdapat zat organik dan nitrogen oksida. Menurut Keefe MJ dkk (1991) dalam Faisal (1988), nilai ambang batas ozon adalah 0.08 ppm/jam dan ozon mempunyai efek toksik berupa gangguan biokimia dan perubahan morfologi saluran napas.

Partikulat adalah zat dengan diameter kurang dari 10 u, dapat berupa uap, cairan, asap maupun padat. Lebih lanjut dijelaskan Keith W, Morgan C (1984) dalam Faisal, bahwa efek partikulat terhadap saluran napas tergantung dari besar partikelnya.

Karbon monoksida (CO) adalah hasil pembakaran yang tidak sempurna bahan-bahan mengandung karbon. Gas ini terbentuk pada setiap pembakaran dan penyebab kematian penting pada kebakaran gedung-gedung dan ledakan di tambang-tambang. Karbon monoksida berikatan kuat dengan Hb sehingga mengurangi kemampuan hemoglobin untuk mengikat oksigen.

Pembakaran sempurna dari bahan bakar menghasilkan karbon dioksida (CO2). Proses ini berlangsung ketika oksigen berada dalam keadaaan yang cukup. Ketika

pembakaran berlangsung tidak sempurna, karbon monooksida (CO) juga diproduksi. Sesungguhnya, oksidasi dari senyawa karbon tidak hanya terjadi pada mobil kita ataupun pembakaran arang tetapi juga terjadi pada tubuh kita. Dalam kasus ini produk dari reaksi sebagian besar berupa CO2, ketika kita menghembuskan nafas kita. Karbon dioksida merupakan sebagian kecil komponen dari atmosfir kita, walaupun aktivasi dari gunung berapi dan pembakaran bahan bakar fosil memproduksinya dalam jumlah yang cukup besar. Walaupun begitu, CO2 di udara juga diperlukan dalam proses fotosintesis karbohidrat oleh tanaman.

Hidrokarbon timbul akibat tidak sempurnanya pembakaran baik bensin ataupun solar itu dapat mengakibatkan iritasi mata, pusing, batuk, mengantuk, bercak kulit, perobahan kode genetik dan memicu asma.

Persentase gas buang kenderaan bermotor yang diserap oleh absorben dapat dihitung melalui persamaan :

% o t 100 %

o

V V

Volume gas x

V

−

= ...(2.7)

dimana, V0 adalah volumgas tanpa filter dan Vt adalah volum gas yang memakai filter.

2.10 Difraksi Sinar-X

Metoda difraksi sinar-X memegang peranan yang sangat penting untuk analisis padatan kristalin yaitu untuk meneliti ciri utama struktur kristal (parameter

kristal, keberadaan cacat, ukuran butiran dan sub butiran, orientasi, ukuran dan kerapatan presipitat.

Sinar-X adalah suatu radiasi elektromagnetik yang mempunyai energi pada kisaran 200 eV hingga 1 MeV. Energi sebesar ini berhubungan dengan panjang gelombang λ antara 10 nm hingga 1 pikometer, sehingga kisaran panjang gelombang sinar-X tersebut sangat cocok digunakan untuk mempelajari jarak antara atom di dalam kristal umumnya dalamkisaran 0,2 nm (2 )

Menurut W.L. Bragg (1913), gelombang-gelombang datang pada atom akan dihamburkan oleh bidang bidang atom yang sejajar seperti ditunjukkan gambar berikut,

Gambar 2.2 Skets Hamburan Sinar-X

Atom atom dalam kristal menghamburkan sinar-X kesegala arah, akan tetapi dari efek interferensi penguatan (konstruktif) berkas difraksi hanya terjadi pada sudut tertentu. Sering juga digunakan istilah refleksi Bragg dikaitkan dengan kenyataan bahwa sudut datang sama dengan sudut pantul tetapi proses fisisnya bukanlah

pemantulan, melainkan efek hamburan bersama. Secara trigonometri dengan mengikuti persyaratan terjadinya interferensi konstruktif akan diperoleh persamaan :

2 sin

nλ= d θ ...(2.8) Persamaan ini dinamakan persamaan Bragg, dimana n adalah orde difraksi, λ adalah panjang gelombang yang digunakan, “d” adalah jarak antara bidang dua atom, sedang sudut “θ” adalah sudut antar bidang-bidang atom dengan arah berkas datang atau berkas difraksi.

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian ini dilakukan di :

1. Laboratorium Fisika Dasar FMIPA USU Medan 2. Laboratorium Fisika Material FMIPA UNIMED 3. Laboratorium Fisika FMIPA Universitas Indonesia

4. PUSLITBANG FISIKA LIPI PUSPITEK Serpong Tangerang 5. PUSLITBANG Perindustrian Tanjung Morawa Medan

6. PT. ASTRA Internasional Tbk, Jl. Jend. Gatot Subroto No. 220 Medan Penelitian ini dimulai bulan November tahun 2007 sampai dengan Mei 2008

3.2Alat dan Bahan

1. Alat yang digunakan

b. Mortar dan Pastel

c. Ayakan 150 micron, RETSCH TEST SIEVE ASTM EII d. AAS Type AA-680

e. Mixer, Philips

f. Furnace Programmable 12000C

g. XRD, Philips, Type: PW 3710, 40 KV, 30mA; Radiasi: COKα, α = 1,78897Å

h. Equotip Hardness Tester i. Gas Analyser

j. Cetakan berbentuk silinder k. Jangka sorong dan Gelas ukur

l. Beban berbagai ukuran 0,5 kg s/d 10 kg

2. Bahan yang digunakan

Bahan untuk pembuatan keramik berpori digunakan bahan alam yang berada di Sumatera Utara yaitu:

a. Kaolin (bahan alam dari Desa Bandar Pulau Pekan Dusun III Batunanggor Kabupaten Asahan Sumatera Utara).

b. Clay (bahan alam dari Desa Ranggitgit Kecamatan Parmonangan Kabupaten Tapanuli Utara).

c. Feldsfar (bahan alam dari Desa Dolok Matutung Kecamatan Pangaribuan Kabupaten Tapanuli Utara).

d. Kwarsa (bahan alam dari Desa Naga Timbul Kecamatan Parmonangan Kabupaten Tapanuli Utara)

e. Karbon dari sekam padi (sebagai aditif) f. Air dan Vaseline

Perbandingan bahan yang digunakan dipaparkan seperti tertera pada tabel berikut:

Tabel 3.1 Perbandingan Massa Bahan dengan Massa Aditif Perbandingan Massa Bahan Keramik

No Kaolin (30 gr)

Clay

(30 gr)

Feldsfar

(20 gr)

Kwarsa (20 gr)

Aditif (gr)

1 0 2 5 3 10 4 15 5 20 6

100 95 90 85 80

70 ₃₀

3.3Prosedur Penelitian

Penelitian ini dilakukan setelah menyiapkan bahan bahan yang dapat menghasilkan keramik yaitu : Kaolin, Clay, Feldsfar dan Kwarsa yang dihaluskan

hingga berbentuk bubuk dengan ukuran partikel 100 mesh, sedang bahan aditif digunakan agar terbentuk keramik berpori. Setelah terbentuk sampel bahan keramik, lalu bahan ini dibakar pada suhu tertentu, kemudian dikarakterisasi dengan menggunakan peralatan yang telah direncanakan. Prosedur pembuatan dan karakterisasi mengikuti diagram alir berikut ini:

Gambar 3.1 Diagram Alir Prosedur Perlakuan

a. Kaolin

b. Clay c. Feldsfar

d. Kwarsa

e. Sekam Padi

1 Penggilingan

2 Pengayakan

XRD

Mixing tanpa aditif (a,b,c,d)

Mixing dgn aditif (a,b,c,d,e)

Cetak

Sampel

Karakterisasi

Uji XRD

Uji Absorbsi Uji Porositas Uji Densitas Uji Kekerasan

Tanpa filter Pakai filter

Hasil :

CO; HC; CO2

Hasil :

CO; HC; CO2

Dibakar

3.4 Pengolahan Aditif dan Bahan Baku Keramik 3.4.1 Pengolahan aditif keramik berpori

Pembuatan karbon dari sekam padi dilakukan dengan tahapan sebagai berikut: 1. Pengeringan sekam padi dibawah terik matahari sampai kering

2. Pengarangan sekam padi dengan menggongseng selama 45 menit. 3. Penggilingan arang sekam padi

4. Arang sekam padi (yang disebut sebagai karbon) diayak dengan ukuran 100 mesh

3.4.2 Pengolahan bahan baku keramik berpori

Bahan baku keramik berpori yang terdiri dari Kaolin, Clay, Feldsfar, dan Kwarsa masih dalam bentuk bongkahan. Bongkahan bongkahan tersebut digiling halus dengan alat mesin penggiling dan untuk menghaluskan digunakan mortar dan pastel kemudian hasilnya diayak pada ukuran 100 mesh dengan maksud agar butiran mempunyai ukuran yang seragam. Sebelum keempat bahan baku ini dicampur, terlebih dahulu dianalisa komposisi kimianya dengan menggunakan alat AAS type AA-680 sedang parameter kisi kristal dianalisa dari hasil XRD.

3.4.3 Pencampuran bahan

Pencampuran bahan dilakukan dengan tujuan untuk memperoleh suatu bagian yang homogen tidak berkelompok pada satu tempat saja, tetapi dapat menyebar

Philips dengan waktu sekali pencampuran selama 30 menit dengan komposisi seperti yang telah ditentukan pada Tabel 3.1

3.4.4 Penimbangan bubuk untuk sampel

Bahan bahan yang telah dicampur ditimbang kemudian massanya dikurangi sebanyak zat aditif yang akan ditambahkan dan cara ini dilakukan mulai dari 5% sampai 30% jumlah aditif seperti apa yang telah ditentukan pada Tabel 3.1.

3.4.5 Pencetakan sampel

Bubuk yang telah dicampur dimasukkan sesuai dengan perbandingan yang telah ditentukan ke dalam wadah, dengan menggunakan mixer dan media air semua dibiarkan teraduk selama kurang lebih 2 jam sampai campuran merata. Setelah campuran dalam wadah merata, selanjutnya dituang ke dalam 2 jenis cetakan yang telah diolesi dengan vaselin agar sampel yang sudah kering nantinya mudah dikeluarkan.

Bentuk cetakan sampel tersebut adalah :

1. Berbentuk silinder dengan diameter dalam pipa besar 3,75 cm dan diameter luar pipa kecil 1,64 cm dengan tinggi pipa besar 6,00 cm sedang pipa kecil dibuat sedikit lebih tinggi. Kedua pipa digunakan untuk membentuk silinder berongga yang akan digunakan untuk pengujian absorbsi gas buang pada knalpot kenderaan bermotor.

2. Berbentuk pelet yang diperoleh dari pipa berdiameter 2,14 cm dan tinggi 1,16 cm yang akan digunakan untuk menguji densitas, porositas, uji tekan, uji kekerasan dan parameter kisi kristal melalui XRD.

Untuk mencetak sampel sampel ini, dilakukan dengan cara memasukkan campuran dalam cetakan yang telah disediakan, dipadatkan dengan cara merojok dibeberapa bagian agar menjadi padat. Cetakan yang telah diisi dibiarkan selama 20 jam sampai sampel dapat dikeluarkan dari cetakan.

3.4.6 Pengeringan sampel

Setelah cetakan dibuka, sampel yang dikeluarkan disebut sebagai keramik mentah, selanjutnya dikeringkan selama 6 hari di udara bebas untuk mengurangi kadar air yang terdapat pada sampel selain menghindari kemungkinan sampel melengkung pada saat dibakar.

Sampel sampel yang telah kering diberi nomor, untuk mempermudah pekerjaan selanjutnya. Kemudian sampel tersebut ditimbang dan diukur tebal serta diameternya untuk mengetahui susut massa dan susut volumnya sebelum dan setelah dibakar.

3.4.7 Pembakaran sampel

Sampel disusun di dalam furnace (pemanas) lalu dibakar pada suhu 11000C intensif selama 2 jam dan dilakukan holding time (penahanan) selama 2 jam.

3.4.8 Pendinginan sampel

Setelah tercapai suhu 11000C dan dipertahankan selama 2 jam kemudian dilakukan pendinginan hingga suhu kamar yaitu dengan meng off kan furnace tanpa membukanya (pendinginan di dalam furnace). Hal ini dilakukan untuk menghindari kemungkinan retak retak pada sampel yang diakibatkan oleh panas yang berobah tiba tiba. Setelah tercapai suhu kamar di dalam furnace maka furnace dapat dibuka untuk mengambil sampel untuk dianalisis. Skema pemanasan dan pendinginan sampel dilakukan dengan cara mengikuti diagram berikut ini:

Gambar 3.2 Diagram Pemanasan dan Pendinginan Sampel

3.5 Karakterisasi

Karakterisasi bahan keramik berpori pada penelitian ini meliputi: susut volum, susut massa, densitas, porositas, kuat tekan, kekerasan, uji absorbsi dan parameter kisi kristal melalui XRD.

0 C 1100

28

2 4

0

20

3.5.1 Susut Bakar

Sampel sampel yang dibakar mengalami susut bakar yang berbeda sesuai dengan kandungan air yang ada pada bahan keramik. Susut bakar menyebabkan hilangnya air yang dikandung bahan keramik dan butiran yang saling mengikat. Kekosongan bekas zat cair akan diisi oleh zat zat pelebur, hal ini yang menyebabkan massa dan volum menjadi kecil.

Penyusutan volum sampel diketahui dari hasil selisih pengukuran untuk masing masing diameter dan tebal sampel sebelum dan sesudah pembakaran. Alat ukur yang digunakan adalah jangka sorong. Untuk mengetahui susut massa dilakukan dengan mengukur selisih massa sebelum dan sesudah pembakaran yang ditimbang dengan menggunakan neraca analitis.

3.5.2 Densitas

Nilai densitas dari setiap sampel untuk masing masing bentuk dan masing masing ukuran ditentukan melalui perbandingan massa dengan volum yang dinyatakan dalam persamaan (2.3)

3.5.3 Porositas

Pengukuran porositas dilakukan dengan cara yang sangat sederhana, yakni dengan cara merendam sampel kedalam air selama ± 72 jam pada suhu dan tekanan ruang. Setelah tercapai waktu tersebut, sampel di lap kemudian ditimbang massanya dengan menggunakan neraca analitis. Nilai porositas setiap sampel diperoleh dari

3.5.4 Kekuatan terhadap tekanan

Pengujian kekuatan tekan dilakukan secara manual dengan meletakkan sampel pada permukaan yang datar, di atas sampel yang diatur hingga tepat berada pada bagian tengahnya diletakkan beban tekan secara perlahan lahan dengan penambahan beban tekan sambil dilakukan pengamatan sampai sampel tersebut pecah dan dicatat nilai beban maksimum yang dipikul sampel. Besar kuat tekan tiap sampel ditentukan melalui persamaan (2.5).

3.5.5 Kekerasan

Pengujian kekerasan dilakukan dengan alat digital Equotip Hardness Tester, dimana hasilnya dapat dibaca secara langsung dan diperoleh dalam satuan HB (Hardness of Brinnel) yang dapat dikorelasikan nilainya ke satuan Hardness of Vickers dengan menggunakan tabel yang tertera pada lampiran.

3.5.6 Uji absorbsi

Prosedur kerja yang dilakukan untuk memperoleh data kemampuan sampel mengabsorbsi gas buang kenderaan bermotor adalah:

1. Menempatkan sensor analyser gas pada knalpot kenderaan yang sedang dihidupkan mesinnya, tanpa sampel. Gas yang dihasilkan oleh kenderaan diukur banyaknya gas CO, HC dan CO2.

2. Menempatkan sampel sebagai filter di dalam knalpot beserta sensor. Dengan menghidupkan mesin kenderaan maka pada alat gas analyser akan dapat diukur banyaknya gas CO, HC dan CO2 yang dilewatkan dari filter.

3. Besarnya persentase gas buang kenderaan bermotor yang diserap oleh setiap sampel dapat dihitung dengan persamaan (2.7)

3.5.7 Analisis menggunakan x-ray diffraction

Analisa difraksi sinar-X untuk sampel dilakukan dengan cara yang sama seperti pada analisa bahan baku. Analisa difraksi sinar-X dilakukan untuk mengetahui perubahan pola difraksi akibat campuran dan penambahan bahan aditif karbon dari sekam padi. Besaran besaran yang diperlukan adalah letak puncak puncak dan intensitas relatifnya serta data indeks Miller yang digunakan untuk mengetahui parameter kisi dan selanjutnya digunakan untuk mengetahui struktur kristal dari bahan tersebut.

3.6 Variabel Penelitian

Pada penelitian ini yang menjadi variabel tetap adalah persentasi gas radikal (CO, HC dan CO2) hasil filter oleh keramik, sedang variabel bebas adalah keramik yang menggunakan aditif yang berbeda beda.

3.7Teknik Analisis Data

Data dari hasil uji bahan keramik dengan aditif tertentu untuk pengujian susut massa, susut volum, densitas, porositas, uji tekan, kekerasan, uji absorbsi dan hasil XRD, disajikan dalam bentuk tabel dan grafik yang selanjutnya dianalisis menurut hasil masing masing pengukuran.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1Hasil dan Pembahasan Karakterisasi

Kandungan bahan baku alam keramik yang dianalisis melalui alat AAS Type AA-680 melalui metode analisis kimia basa memberikan hasil sebagai berikut:

Tabel 4.1 Komposisi Bahan Baku Alam Keramik % Berat

No Komponen Kaolin Feldsfar Clay Kwarsa

1 SiO2 71,20 66,87 62,94 98,66

2 Al2O3 13,36 19,46 23,83 0,39

3 Fe2O3 2,00 0,10 0,62 0,07

4 TiO2 0,26 0,36 0,93 0,01

5 CaO 0,15 1,23 0,88 0,10

6 MgO 3,55 0,07 0,19 0,02

7 K2O 0,27 0,34 0,52 0,12

8 Na2O 0,51 10,83 0,45 0,09

9 L.O.I 8,70 0,74 9,64 0,54

Jumlah 100 100 100 100

Dari hasil analisis AAS tersebut dinyatakan bahwa: Kaolin mendominasi kandungan Fe2O3 dan MgO; Feldsfar mendominasi kandungan CaO dan Na2O ; Clay mendominasi Al2O3, TiO2, K2O dan LOI; sedang kwarsa mendominasi kandungan SiO2.

Hasil karakterisasi keramik berpori dengan berbagai komposisi aditif sekam padi dipaparkan sebagai berikut:

Tabel 4.2 Susut Volum dan Susut Massa Aditif

(% massa)

Susut Volum (%)

Susut Massa (%)

0-100 3,33 ± 0,38 14,90 ± 0,08 5-95 2,29 ± 0,24 19,36 ± 0,04 10-90 2,77 ± 0,28 23,30 ± 0,08 15-85 3.12 ± 0,23 27,89 ± 0,19 20-80 3,15 ± 0,17 33,03 ± 0,19 30-70 2,69 ± 0,10 41,79 ± 0,11

Untuk susut volum setiap kenaikan 5% aditif perobahan susut volum tidak konsisten ,untuk 5%,10%, 15% dan 20% cenderung susut volum naik tetapi tidak sebesar susut volum ketika belum ditambahkan aditif (3,33%). Artinya penambahan aditif dari 5%-20% cenderung mengalami penyusutan yang bertambah besar, tetapi ketika penambahan aditif hingga 30% dari massa total maka susut volum cenderung menurun. Hal ini memberi pengertian bahwa dapat diperkirakan penambahan aditif yang paling besar adalah sekitar 20% dari massa total campuran bahan keramik. Berbeda halnya dengan susut massa yang memperlihatkan semakin besar aditif semakin besar pula penyusutan massa total bahan keramik. Dari data menunjukkan bahwa setiap penambahan bahan aditif sebesar 10% maka kehilangan massa hampir 10% juga. Untuk susut volum dan massa dapat diperlihatkan gambar grafik berikut ini.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

0 5 10 15 20 25 30

% Aditif % Su su t Vo lu m e

Gambar 4.1. Grafik Susut Volum terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45

0 5 10 15 20 25 30

% Aditif

Susu

t Massa

Gambar 4.2 Grafik Susut Massa terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi

Dari hasil perhitungan bahwa penyusutan volum dan massa terhadap penambahan bahan aditif mempunyai hubungan yang linier yang dinyatakan masing masing dalam persamaan regresi berikut:

Untuk hasil pengukuran densitas dan porositas dipaparkan pada Tabel berikut:

Tabel 4.3 Densitas dan Porositas Aditif

(% massa)

Densitas (gr/cm3)

Porositas (%)

0-100 1,36 ± 0,03 26,53 ± 0,24 5-95 1,12 ± 0,01 27,86 ± 0,17 10-90 0,96 ± 0,01 33,84 ± 0,04 15-85 0,92 ± 0,02 39,90 ± 0,39 20-80 0,850 ± 0,005 46,87 ± 0,78 30-70 0,71 ± 0,04 51,83 ± 0,17

Untuk nilai densitas setiap kenaikan 5% aditif perobahan densitas cenderung menurun hasil data menunjukkan bahwa untuk setiap penambahan aditif sebesar 10% dapat diperkirakan penurunan densitas sebesar 0,100, artinya bahwa penambahan aditif berbanding terbalik dengan densitas. Sedang untuk porositas diperlihatkan bahwa untuk setiap penambahan 10% aditif maka porositas bertambah sekitar 10%. artinya bahwa penambahan aditif berbanding lurus dengan penambahan porositas. Untuk masing masing penambahan aditif terhadap perobahan densitas dan porositas diperlihatkan pada grafik berikut ini.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6

0 5 10 15 20 30

% Aditif

Densitas

Gambar 4.3 Grafik Perobahan Densitas terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi

0 10 20 30 40 50 60

0 5 10 15 20 30

% Aditif

% P

o

rositas

Gambar 4.4 Grafik Perobahan Porositas terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi

Dari hasil perhitungan bahwa pengaruh densitas dan porositas terhadap penambahan bahan aditif mempunyai hubungan yang linier yang dinyatakan masing masing dalam persamaan regresi berikut: Untuk densitas, Y = 1,25 – 0,02 X dengan R = -0,95, sedang untuk porositas Y = 25,37 + 0,93 X dengan R = 0,98

Hasil uji kekerasan dan kuat tekan diperlihatkan pada tabel 4.4 menunjukkan bahwa kekerasan keramik dan kekuatannya terhadap tekanan akan semakin menurun dengan bertambahnya bahan aditif, artinya bahwa kekerasan dan kuat tekan berbanding terbalik terhadap penambahan aditif. Untuk kekerasan, setiap penambahan aditif 5% maka kekerasan berkurang sekitar 1,35%, tetapi setelah mencapai 20% dari massa untuk penambahan aditif 5% penurunan kekerasan tidak konsisten. Untuk kuat tekan setiap penambahan aditif 5% maka kuat tekan berkurang sekitar 0,32%, tetapi setelah melewati 15% dari massa pengurangan kekerasan keramik tidak konsisten. Selanjutnya grafik kekerasan dan kuat tekan keramik diperlihatkan sebagai berkut:

Tabel 4.4 Kekerasan dan Kekuatan Tekan Aditif

(% massa)

Kekerasan x 9,8 MPa

Kuat Tekan (Pa)

0-100 138,50 ± 1,50 11,48 ± 3,59 5-95 128,50 ± 1,50 9,08 ± 2,87 10-90 122,50 ± 2,50 7,49 ± 2,39 15-85 111,50 ± 1,50 5,66 ± 1,84 20-80 103,50 ± 1,50 2,73 ± 0,96 30-70 99.50 ± 0,50 2,18 ± 0,79

0 20 40 60 80 100 120 140 160

0 5 10 15 20 30

% Aditif

Kekerasan

(

x 9,8 MPa)

Gambar 4.5 Grafik Perobahan Kekerasan terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi

0 2 4 6 8 10 12 14

0 5 10 15 20 30

% Aditif Ku at T ekan ( P a)

Gambar 4.6 Grafik Perobahan Kuat Tekan terhadap Penambahan Aditif Karbon Sekam Padi

Linieritas untuk kekerasan adalah Y = 135,43 – 1,35 X dengan R = -0,96, sedang untuk kuat tekan Y = 10,77 + 0,32 X dengan R = -0,96. Arti harga R negatif adalah : menyatakan adanya hubungan linier sempurna tak langsung antara X dan Y.

Tabel 4.5 Absorbsi Gas Radikal Aditif

(%)

CO (% vol)

Absorbsi (%)

CO2 (% vol)

Absorbsi (%)

HC (ppm vol)

Absorbsi (%)

Normal 9,62 100 10,96 100 655 100

0 8,20 14,76 10,10 7,85 653 0,31 5 7,79 19,02 9.00 17,88 620 5,34 10 7,69 20,06 8,80 19,71 590 9,92 15 7,54 21,62 8,60 21,53 585 10,69 20 7,19 25,26 8,40 23,36 537 18,02 30 6,26 34,93 8,30 24,27 483 26,26

Dari paparan Tabel di atas dapat dinyatakan bahwa keramik yang dibuat dapat berfungsi sebagai filter gas buang kenderaan. Untuk filter gas CO keramik dengan bahan aditif dari 5%, 10% dan 15% turun merata sekitar 1% atau setiap kenaikan aditif 5% dapat mengurangi gas CO 1%, tetapi pada aditif mulai 15%, 20% dan 30% rata-rata gas CO dapat difilter naik sekitar 5%. Berbeda dengan gas CO2, untuk kenaikan bahan aditif 5% dapat menurunkan gas tersebut sebesar 2%, artinya setiap penambahan aditif 5% maka gas radikal CO2 turun 2%. Berbeda untuk gas HC, bahan aditif 5% dan 10% bahan gas radikal dapat difilter sebesar 4%, sedang pada 15% sampai 20% untuk kenaikan bahan aditif 5% maka penurunan gas HC yang difilter sebesar 8% tetapi untuk 30% atau kenaikan bahan aditif 10% terlihat penurunan gas HC sebesar 8%, artinya bahwa bahan aditif yang paling efektif adalah antara 15-20%. Untuk harga penyaringan (filter) gas buang ini dapat diperlihatkan pada gambar grafik berikut ini.

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 5 10 15 20 30

% Aditif

Ab so rb si G as Ra d ikal CO ( % vo l)

Gambar 4.7 Grafik Absorbsi Gas Radikal CO terhadap Jumlah Aditif Karbon Sekam Padi

0 5 10 15 20 25 30

0 5 10 15 20 30

% Aditif Abso rb si G as Rad ikal CO 2 (%v o l)

Gambar 4.8 Grafik Absorbsi Gas Radikal CO2 terhadap Jumlah Aditif Karbon Sekam Padi

0 5 10 15 20 25 30

0 5 10 15 20 30

% Aditif

Absorbsi

Gas Radi

ka

l HC (ppm

vol

)

Gambar 4.9 Grafik Absorbsi Gas Radikal HC terhadap Jumlah Aditif Karbon Sekam Padi

Hasil perhitungan dari pengaruh absorbsi gas radikal terhadap penambahan bahan aditif masing masing mempunyai hubungan yang linier dinyatakan masing masing dalam persamaan regressi dan koefisien korelasi sebagai berikut:

CO : y = 14,27 + 0,62 X dan R = 0,97 CO2 : y = 12,77 + 0,47 X dan R = 0,85 HC : y = 0,46 + 0,84 X dan R = 0,99

Selanjutnya pola difraksi sinar-X dari bahan keramik yang digunakan sebagai filter gas buang, diuji dengan menggunakan XRD dan memberi hasil puncak-puncak intensitas hamburan sinar-X untuk sudut tertentu dan memberi nilai jarak antar bidang hamburan dengan nilai indeks Miller dan fasa kristal yang dapat dilihat dari gambar pola-pola difraksi dan tabel-tabel berikut:

0 100 200 300 400 500 600

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Sudut 2 Theta (deg)

In ten si tas (c p s)

Gambar 4.10 Pola Difraksi XRD untuk Sampel dengan Tanpa Aditif

Hasil pola difraksi sinar-X untuk sampel tanpa aditif karbon dari sekam padi adalah sebagai beikut:

Tabel 4.6 Hasil Karakterisasi XRD untuk Sampel Tanpa Aditif No Rel.int [%] Angle [2theta] d-value [A] d-ref

[A] fasa (h k l ) no.ref

1 100 31.145 3.3319 3.3300 SiO2 1 0 1 83 – 2466 2 22.8 24.335 4.1625 4.2359 SiO2 1 1 0 83 – 2466 3 18.0 70.995 1.5404 1.5418 K5Na5AlSi3O8 5 3 1 84 – 0710 4 13.2 58.995 1.8166 1.8135 K5Na5AlSi3O8 2 6 2 84 - 0710 5 9.2 46.305 2.2750 2.2742 K5Na5AlSi3O8 3 3 2 84 - 0710 6 8.7 42.735 2.4550 2.4479 K5Na5AlSi3O8 2 4 0 84 - 0710 7 6.2 49.8 2.1245 2.1350 K5Na5AlSi3O8 2 4 1 84 – 0710 8 4.8 47.275 2.2309 2.2312 K5Na5AlSi3O8 2 2 3 84 – 0710 9 4.5 53.81 1.9767 1.9741 K5Na5AlSi3O8 2 2 2 84 – 0710 10 1.9 65.4 1.6557 1.6551 K5Na5AlSi3O8 5 5 1 79 – 1570

Pola difraksi dari sampel untuk aditif karbon dari sekam padi 10 % adalah sebagai berikut:

Pola Difraksi XRD Sampel D4

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Sudut 2 Theta (deg)

In te ns it a s (c ps ) Gambar 4.11 Pola Difraksi XRD untuk Sampel dengan Aditif

Karbon Sekam Padi 10%

Tabel 4.7 Hasil Karakterisasi XRD untuk Sampel dengan Aditif Karbon Sekam Padi 10%

No Rel.int [%] Angle [2theta] d-value [A] d-ref [A]

fasa (h k l) no.ref

1 100 % 30.825 3.3657 3.3300 SiO2 1 0 1 83-2466 2 26.1 24.02 4.2987 4.2359 SiO2 1 0 0 83-2466 3 7.4 58.775 1.8228 1.8190 K2Na5AlSi3O8 4 2 3 84-0710 4 7.2 42.48 2.4691 2.4675 K2Na5AlSi3O8 1 5 0 84-0710 5 5.1 70.75 1.5451 1.5418 K2Na5AlSi3O8 5 3 1 84-0710 6 3.7 45.98 2.2902 2.2899 K2Na5AlSi3O8 0 4 2 84-0710 7 3.7 49.55 2.1345 2.1350 K2Na5AlSi3O8 2 4 1 84-0710 9 2.9 46.98 2.2441 2.2474 K2Na5AlSi3O8 2 2 3 84-0710 12 2.5 53.5 1.9873 1.9864 K2Na5AlSi3O8 4 2 2 84-0710 14 1.7 64.495 1.6764 1.6672 K2Na5AlSi3O8 3 2 1 84-0710

Pola difraksi dari sampel untuk aditif karbon dari sekam padi 20 % adalah sebagai berikut:

Pola Difraksi XRD Sampel D2

0 50 100 150 200 250 300 350 400

20 30 40 50 60 70 80 90 100

Sudut 2 Theta (deg)

In te n s it a s ( c p s )

Gambar 4.12 Pola Difraksi XRD untuk Sampel dengan Aditif Karbon Sekam Padi 20%

Tabel 4.8 Hasil Karakterisasi XRD untuk Sampel Aditif Karbon Sekam Padi 20%

No Rel.int [%] Angle [2theta] d-value [A] d-ref

[A] fasa (h k l) no.ref

1 100 31.055 3.3413 3.3300 SiO2 1 0 1 83 - 2466 2 11.4 24.35 4.2413 4.2359 SiO2 1 0 0 83 - 2466 3 11.4 42.74 2.4547 2.4479 K2Na5AlSi3O8 2 4 0 84 – 0710 4 6.6 70.94 1.5415 1.5418 K2Na5AlSi3O8 5 3 1 84 – 0710 5 4.3 46.3 2.2752 2.2742 K2Na5AlSi3O8 3 3 2 84 – 0710 6 4 59.035 1.8155 1.815 K2Na5AlSi3O8 2 6 2 84 – 0710 7 2.8 53.74 1.9774 1.9759 K2Na5AlSi3O8 2 2 2 84 – 0710 8 2.1 47.115 2.2381 2.2742 K2Na5AlSi3O8 3 3 2 84 – 0710 9 1.9 49.865 2.1219 2.1350 K2Na5AlSi3O8 2 4 1 84 – 0710

BAB V

5.1Kesimpulan

Berdasarkan hasil penelitian dan pembahasan susut volume, susut massa, densitas, porositas, kekerasan, kekuatan tekan, absorbsi gas radikal dan analisis XRD pada keramik berpori menggunakan aditif karbon dari sekam padi dengan berbagai komposisi dapat disimpulkan bahwa:

1. Bahan kaolin, feldsfar, clay dan kwarsa (bahan dasar) yang langsung diambil dari alam dapat dibuat menjadi keramik berpori dengan tambahan karbon dari sekam padi sebagai aditif yang digunakan sebagai media absorbsi gas radikal CO, CO2 dan HC yang berasal dari gas buang kenderaan bermotor

2. Dari hasil pengukuran dapat dinyatakan bahwa penambahan bahan aditif cenderung akan menghasilkan porositas yang semakin tinggi dan daya absorbsi terhadap gas radikal yang berasal dari gas buang kenderaan cenderung semakin besar namun densitas, kekerasan dan kekuatan tekan semakin berkurang.

3. Dengan bertambahnya bahan aditif maka daya absorbsinya bertambah. Pertambahan ini merupakan pertambahan linier. Sedang penambahan aditif cenderung menurunkan densitas, kekerasan dan kekuatan tekan.

4. Hasil XRD menunjukkan bahwa intensitas relatif hamburan yang paling tinggi berada sekitar 24,330 dan 31,140 untuk keramik berpori tanpa aditif, sedang untuk yang diberi aditif karbon dari sekam padi 10%, intensitas relatif

mengandung bahan aditif karbon dari sekam padi 20%, intensitas relatif hamburan berada sekitar 24,350 dan 31,050. Hamburan relatif yang paling tinggi berada di sekitar 240 dan 310 dengan fasa SiO2 sedang yang lainnya adalah fasa K2Na5AlSi3O8.

5. Hasil pengukuran yang dilakukan bukanlah hasil mutlak tetapi merupakan pengukuran yang bernilai relatif dengan kesalahan pengukuran bergantung pada ketelitian alat dan banyaknya pengukuran yang dilakukan.

5.2Saran-saran

1. Pembakaran bahan keramik yang telah selesai dicetak, untuk mencapai suhu 11000C diperlukan tahapan tahapan yang perlu diperhatikan seperti laju kenaikan suhu setiap beberapa menit, karena hal ini dapat mempengaruhi kualitas keramik berpori ketika terjadi reaksi padatan akibat suhu

2. Untuk karakterisasi bahan diperlukan jumlah bahan yang cukup untuk setiap uji beserta alat yang standar. Hal ini dapat mempengaruhi data yang lebih akurat.

DAFTAR PUSTAKA

and Technology, Mc Graw Hill Book Company, New York

Andriati Amir Husin, (2007). Pemanfaatan Sekam Padi dan Abu Sekam Padi untuk Pembuatan Bata Beton Berlobang. E-Jurnal Balitbang PU. Jurnal Pemukiman Vol 2 No. 2. September 2007. p 129-137

Asril, Lutan Asril, (1981).Penjernihan Air Menggunakan Karbon Sekam Padi Skala Keluarga untuk Daerah Pedesaan. Makalah : Lokakarya penelitian dan pengembangan teknologi tepat guna penyediaan air minum dan pembuangan kotoran di pedesaan, Cimacan

Bailey, S.W, (1980). Summery of Recommendations of AIPEA Nomenclature Committee on Clay Minerals. American Mineralogist, Volume 65, p. 1-7 Benea Marcel and Maria Gorea, (2004). Mineralogy and Technological Properties

of Some Kaolin Types Used in The Ceramic Industry. Studia Universitatis Babes-Bolyai, Geologia, XLIX, p 33-39

Cheremisinoff., Morresi, (1978).Carbon Adsorption Applications. Carbon Adsorption Handbook, Ann Arbor Science Publishers, Inc, Michigan

D. Callister William, (2003).Materials Science and Engeenering an Introduction.

Sixth Edition, John Wiley & Sons, Inc: Singapore

De Souza, W.L.E Magelhaes., M.C. Persgil, (2002). Silica Derived from Rice Hulls.

E. Y. Lee., K. S. Cho, H. D. Han and H.W. Ryu,(2001). Hydrogen Sulfide Effects on Ammonia Removal by a Biofilter Seeded with Earthworm Casts.

Faisal Yunus, (1988). Dampak Gas Buang Kendaraan Bermotor terhadap Faal Paru. Cermin dunia Kedokteran No 121. Hal 16-18

Franton MW. Morrow PE, Cox C et al,(1991). Effect of Nitrogen Dioxide Exposing on Pulmotory Function and Airway Rativity in Normal Human. Am Rev Respir. 143(3):522/7.

George F.Vander Voort, (1984). Metallogaphy Principles and Pactise. Materials Science And Engineering series

Keefe MJ, Bennett WD, Dewitt P et al, (1991). The Effect of Ozone Exposure on Dispersion of Aerosol Polutes in Healthy Human. Subject. Am Rev Respir Dis; 144(1); 21/30

Keith W, Morgan C, (1984). The Deposition and Clearance of Dust from The Lungs: Theirrolein The Etiology of Occupational Lung Disease,

In:Occupational lung diseases, eds. Morgan C, Seaton A. Philadelphia: W B Saunders Co, 77/96.

Lindqvist, Karin and Eva Liden, (2000). Porous Ceramic. Swedish Ceramic Institute: Sweden

Consolidation. Swedish Ceramic Institute, Sweden

Meilita dan Tryana. Arang aktif. Pengenalan dan Proses Pembuatan. Teknik Industri Universitas Sumatera Utara

Samaniego, R; A., I de Leon, (1940). Activated Carbon from Some Agricultural Waste Products. V 29, No.4: 275-295, The Philippine Agriculturist

Sembiring Anwar Dharma, (1995).Pembuatan Keramik Berpori dengan Menggunakan Karbon Aktif sebagai Aditifnya. FMIPA, USU, Medan Sembiring Anwar Dharma, (1990).Penguat Bahan Keramik untuk Konstruksi.

Tesis, Fakultas Pascasarjana, Universitas Indonesia: Jakarta

Subagyo Joko, (1994). Pengukuran dan Mutu. Departemen Perindustrian dan Pengembangan Industri Balai Besar Pengembangan Industri Logam dan Mesin, Bandung

Sudjana, (1989). Metoda Statistika. Tasito: Bandung

Syukur M, (1982). Studi Difaksi Sinar X Mengenai Perubahan Fasa Kaolin Bangka yang Dipanaskan. Tesis, ITB, Bandung

Van Vlack, Lawrence H, (1981). Ilmu dan Teknologi Bahan. Edisi ke 5 (Djapri, Sriati, Trans), Erlangga, Jakarta

LAMPIRAN A

Karakterisasi Bahan Baku Keramik Berpori

Pola difraksi sinar-X bahan kaolin

Data intensitas sinar-X dengan sudut difraksi

Peak Nr. d (value) 2θ (degree) Intencity I/Io

1 7.3998 11.96 802 80

2 4.5990 19.30 1008 100

3 4.0806 21.78 1008 100

4 3.5901 24.80 803 80

5 2.3691 37.98 602 60

6 2.3244 38.74 89 9

7 2.2903 39.34 90 9

8 1.9058 47.72 600 60

9 1.6188 56.88 60 6

10 1.499 61.86 800 80 11 1.1701 82.42 200 20

Pola difraksi sinar-X bahan feldsfar

Data intensitas sinar-X dengan sudut difraksi

Peak Nr. d (value) 2θ (degree) Intencity I/Io

1 6.4711 13.69 215 21

2 5.8806 15.07 105 10

3 4.2601 20.85 200 20

4 4.2016 21.15 750 75

5 3.9483 22.13 178 18

6 3.7925 23.45 363 36

7 3.343 26.67 600 60

8 3.2309 27.24 999 100

9 2.9637 30.15 257 26

10 2.5389 35.34 176 18 11 1.7969 50.81 235 23

Pola difraksi sinar-X bahan clay

Data intensitas sinar-X dengan sudut difraksi

Peak Nr. d (value) 2θ (degree) Intencity I/Io

1 5.0053 17.72 910 90

2 4.4004 20.18 1014 100

3 4.0548 21.92 105 10

4 3.0299 29.48 911 90

5 2.2786 31.98 807 80

6 2.5609 35.04 911 90

7 2.4854 36.14 52 5

8 2.2594 39.90 712 70

9 2.1700 41.62 712 70

10 1.9202 47.34 615 61 11 1.7999 50.72 616 61 12 1.6900 54.28 709 70 13 1.5003 61.84 809 80

Pola difraksi sinar-X bahan kwarsa

Data intensitas sinar-X dengan sudut difraksi

Peak Nr. d (value) 2θ (degree) Intencity I/Io

1 4.2600 20.86 360 36

2 4.0500 21.96 1012 100

3 3.3430 26.66 1012 100

4 2.2820 39.48 128 13

5 2.1280 42.8 90 9

6 1.8170 50.22 171 17

7 1.6720 54.92 72 7

8 1.3750 68.22 113 11

LAMPIRAN B

Tabel Data Pengukuran Volum dan Massa Sampel Berbentuk Pelet

No Urut

% Aditif

No

sampel DO TO VO MO Dt Tt Vt Mt ∆V ∆m

1 0 19 2,04 0,92 3,01 4,655 2,02 0,91 2,92 3,966 2,99 14,80

2 20 2,06 0,86 2,87 4,400 2,05 0,84 2,77 3,743 3,48 14,93

3 21 2,07 0,88 2,96 5,615 2,05 0,87 2,87 4,780 3,04 14,87

4 23 2,04 0,91 2,97 4,485 2,02 0,90 2,88 3,818 3,03 14,87

5 25 2,01 0,88 2,79 4,355 2,00 0,85 2,67 3,711 4,30 14,79

6 26 2,04 0,88 2,88 4,480 2,02 0,87 2,79 3,803 3,13 15,11

Rerata 2,04 0,89 2,91 4,665 2,03 0,87 2,82 3,970 3,33 14,90

1 5 1 2,05 0,76 2,51 3,440 2,04 0,75 2,45 2,773 2,39 19,39

2 2 2,05 0,84 2,77 3,569 2,04 0,83 2,71 2,878 2,17 19,36

3 4 2,08 0,81 2,75 3,639 2,06 0,80 2,67 2,934 2,91 19,37

4 5 2,07 0,75 2,52 3,393 2,06 0,74 2,47 2,733 1,98 19,45

5 6 2,07 0,84 2,83 3,569 2,06 0,83 2,77 2,882 2,12 19,25

6 9 2,05 0,84 2,77 3,569 2,04 0,83 2,71 2,878 2,17 19,36

Rerata 2,06 0,81 2,96 3,529 2,05 0,80 2,63 2,846 2,29 19,36

1 10 7 2,07 1,15 3,87 5,055 2,05 1,14 3,76 3,872 2,84 23,40

2 8 2,05 0,95 3,14 4,535 2,03 0,94 3,04 3,477 3,19 23,33

3 11 2,14 1,01 3,63 4,385 2,03 1,00 3,56 3,373 1,93 23,08

4 12 2,04 0,97 3,17 4,345 2,03 0,95 3,08 3,327 2,76 23,27

5 14 2,10 1,00 3,46 4,240 2,09 0,98 3,36 3,253 2,89 23,28

6 15 2,12 0,95 3,35 4,085 2,11 0,93 3,25 3,128 2,99 23,43

Rerata 2,09 1,01 3,44 4,441 2,07 0,99 3,34 3,405 2,77 23,30

1 15 3 2,11 0,89 3,11 3,785 2,10 0,87 3,01 2,720 3,22 28,14

2 5 2,11 0,87 3,04 3,946 2,09 0,86 2,95 2,851 2,96 27,75

3 6 2,07 0,92 3,10 4,054 2,06 0,91 3,03 2,913 2,26 28,15

4 9 2,09 0,91 3,12 3,924 2,08 0,89 3,02 2,834 3,21 27,78

5 11 2,11 0,87 3,04 3,946 2,09 0,85 2,92 2,854 3,95 27,67

Rerata 2,10 0,89 3,08 3,931 2,08 0,88 2,99 2,834 3,12 27,89

1 20 10 2,15 0,85 3,09 3,830 2,13 0,84 2,99 2,555 3,24 33,29

2 14 2,18 0,90 3,36 4,250 2,17 0,88 3,26 2,850 3,28 32,94

3 15 2,15 0,86 3,09 3,830 2,13 0,84 2,99 2,555 3,24 33,29

4 16 2,17 0,91 3,37 4,015 2,15 0,90 3,27 2,695 2,97 32,88

5 17 2,17 0,87 3,22 3,875 2,16 0,85 3,12 2,609 3,11 32,67

6 20 2,16 0,89 3,26 3,600 2,15 0,87 3,16 2,409 3,06 33,08

Rerata 2,16 0,88 3,23 3,900 2,15 0,86 3,13 2,612 3,15 33,03

1 30 11 2,13 1,09 3,88 4,195 2,12 1,07 3,78 2,442 2,58 41,82

2 12 2,14 1,10 3,96 3,850 2,13 1,08 3,85 2,244 2,78 41,71

3 13 2,12 1,06 3,74 3,740 2,10 1,05 3,64 2,169 2,67 42,01

4 14 2,13 1,08 3,85 4,075 2,11 1,07 3,74 2,380 2,86 41,59

5 15 2,13 1,09 3,88 4,195 2,12 1,07 3,78 2,441 2,58 41,81

Tabel Data Pengukuran Massa Sampel Berbentuk Silinder No

Urut

% Aditif

No Sampel

mo

(gr)

mt

(gr)

∆m (gr)

1 0 5 44,855 38,158 14,93 ± 0,0005

2 5 8 38,958 31,607 18,87 ± 0,0005

3 10 2 43,660 33,434 23,42 ± 0,0005 4 15 11 41,002 29,497 28,06 ± 0,0005 5 20 3 38,430 25,844 32,75 ± 0,0005 6 30 3 46,790 27,124 42,03 ± 0,0005

Bagian Dalam Slinder:

DOD = Diameter silinder sebelum dibakar (cm)

TOD = Tinggi silinder sebelum dibakar (cm)

VOD = Volum silinder sebelum dibakar (cm3)

DTD = Diameter silinder sesudah dibakar (cm)

TTD = Tinggi silinder sesudah dibakar (cm)

VTD = Volum silinder sesudah dibakar (cm3)

Bagian Luar Slinder:

DOL = Diameter silinder sebelum dibakar (cm)

TOL = Tinggi silinder sebelum dibakar (cm)

TTL = Tinggi silinder sesudah dibakar (cm)

VTL = Volum silinder sesudah dibakar (cm3)

VO = Volum sampel sebelum dibakar (cm3)

Vt = Volum sampel sesudah dibakar (cm3) mO = Massa sampel sebelum dibakar (gr)

mT = Massa sampel sesudah dibakar (gr)

ΔV = % susut volum

Δm = % susut massa

Ralat pengukuran massa = ½ . nilai skala terkecil alat ukur yang digunakan = ½ . 0,001 =0,0005 gr

LAMPIRAN J

Perhitungan Regressi dan Koefisien Korelasi. Contoh

Tabel Nilai Perhitungan Regresi Linier % Absorbsi Gas Radikal CO terhadap % Aditif Karbon dari Sekam Padi

No Urut

% Aditif

(X)

Gas CO

(Y) X

2

Y2 XY

1 0 14,76 0 217,85 0

2 5 19,02 25 361,76 95,1

3 10 20,06 100 402,40 200,6

4 15 21,62 225 467,42 324,3

5 20 25,26 400 638,06 505,2

6 30 34,93 900 1220,10 1047,9

Jumlah 80 135,65 1650 3307,59 2173,1

Untuk sampel keramik berpori berbentuk pelet yang diberi aditif karbon dari sekam padi digunakan persamaan berikut:

( )

(

)

( )(

)

( )

(

)(

) ( )(

)

( )(

) ( )

(

) ( )( )

( )

( )(

) ( )(

)

( )(

) ( )

2 2 2 2 2 2 2

.. . ...( ,1989)

.

135, 65 1650 80 2173,1

14, 27 6 1650 80

.. ....( ,1989) 6 2173,1 80 135, 65

0, 62 6 1650 80

Y X X XY

a Sudjana

n X X

a

n XY X Y

b Sudjana

n X X

b − = − − = = − − = − − = = −

∑ ∑

∑ ∑

∑

∑

∑

∑ ∑

∑

∑

KKK KKKKKKKK K

KKKKKKKKKKKKKK K

dan :

( )( )

( )

{

₂ 2

}

{

₂

( )

2

}

.( ,1989)

n XY X Y

R Sudjana

n X X n Y Y

− =

− −

∑

∑ ∑

∑

∑

∑

∑

KKKKKKKKKK

( )(

) ( )(

)

( )(

) ( )

{

2

}

{

( )(

) (

)

2

}

6 2173,1 80 135, 65

0, 97 6 1650 80 6 3307, 59 135, 65

R= − =

− −

Sehingga diperoleh persamaan regressi : Y = 14,27 + 0,62X dengan koefisien regessi R = 0,97. Artinya bila komposisi dari sekam padi dinaikkan 5% maka absorbsi gas CO cenderung bertambah sebesar 62% dengan hubungan langsung yang signifikan sebesar 97%. Bila harga R negatif artinya adalah : menyatakan adanya hubungan linier sempurna tak langsung antara X dan Y. Ini berarti bahwa titik titik yang ditentukan oleh (Xi, Yi) seluruhnya terletak pada garis regresi linier dan harga X yang besar menyebabkan atau berpasangan dengan Y yang kecil

(atau berbanding terbalik) atau sebaliknya. Harga R positip menyatakan adanya hubungan linier sempurna langsung antara X dan Y. Ini berarti bahwa titik titik yang ditentukan oleh (Xi, Yi) seluruhnya terletak pada garis regresi linier dan harga X yang besar berpasangan dengan Y yang besar sedang X yang kecil berpasangan dengan Y yang kecil pula. Jadi R negatip adalah korelasi Tak langsung sedang R positip Korelasi Langsung.

Contoh cara perhitungan ini, digunakan untuk menentukan hasil perhitungan pada tiap komposisi bahan aditif dari sekam padi untuk uji susut volum, uji susut massa, uji densitas, uji porositas, uji kekerasan, Uji kuat tekan, absorbsi gas CO2

dan gas HC Untuk: .

CO2 cenderung bertambah sebesar 47 %

HC cenderung bertambah sebesar 84%

Sehingga persamaan regresi linier untuk gas radikal CO2 : y = 12,77 + 0,47 X R = 0,85