Karakterisasi Dan Pembuatan Keramik SiO2 Dengan Campuran CaCO3 Sebagai Filter Gas Buang Kendaraan

  KARAKTERISASI DAN PEMBUATAN KERAMIK SiO

  2 DENGAN CAMPURAN CaCO

  3 GAS BUANG KENDARAAN SEBAGAI FILTER TESIS Oleh AYU ANDRIANI 107026009/ FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2 0 1 2

  KARAKTERISASI DAN PEMBUATAN KERAMIK SiO

  2 DENGAN CAMPURAN CaCO SEBAGAI FILTER

  3 GAS BUANG KENDARAAN TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara Oleh AYU ANDRIANI 107026009/ FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA M E D A N 2 0 1 2

  

PENGESAHAN TESIS

Judul Tesis : KARAKTERISASI DAN PEMBUATAN KERAMIK SiO

  2 DENGAN CAMPURAN CaCO

  3 SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN Nama Mahasiswa : AYU ANDRIANI Nomor Induk Mahasiswa : 107026009 Program Studi : Magister Fisika Fakultas : Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Menyetujui,

Komisi Pembimbing

  Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS Ketua Anggota Ketua Program Studi, Dekan, Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc Nip. 19550706 198102 1 002 Nip. 19631026 199103 1 001

  

PERNYATAAN ORISINALITAS

KARAKTERISASI DAN PEMBUATAN KERAMIK SiO DENGAN CAMPURAN CaCO

  2

  3 GAS BUANG KENDARAAN SEBAGAI FILTER

T E S I S

  Dengan ini saya nyatakan bahwa saya mengakui semua karya tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.

  Medan, 11 Juli 2012

NIM. 107026009 AYU ANDRIANI

  

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN

AKADEMIS

  Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, Saya yang bertanda tangan di bawah ini: Nama : AYU ANDRIANI NIM : 107026009 Program Studi : Magister Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis

  Demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada Universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Ekslusif (Non-Exclusive Royalty

  Free Right) atas tesis saya yang berjudul: KARAKTERISASI DAN PEMBUATAN KERAMIK SiO

  2 DENGAN CAMPURAN CaCO SEBAGAI FILTER

  3 GAS BUANG KENDARAAN

  Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti Non- Ekslusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media, memformat, mengelola dalam bentuk data base, merawat dan mempublikasikan tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta. Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.

  Medan,

AYU ANDRIANI

  Telah diuji pada Tanggal : 11 Juli 2012 PANITIA PENGUJI TESIS Ketua : Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Anggota :

  1. Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS

  3. Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill

  

4. Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc

  4. Dr. Nasruddin MN, M.Eng.Sc

  5. Drs. Nasir Saleh, M.Eng.Sc

DAFTAR RIWAYAT HIDUP DATA PRIBADI

  Nama Lengkap Berikut Gelar : Ayu Andriani, S.Pd Tempat dan Tanggal Lahir : Kualasimpang, 14 Nopember 1982 Alamat Rumah : Jl. Minuran dusun sedar desa Sriwijaya Aceh

  Tamiang No Hp/Pin BB : 085275964702/2884F917 E-mail Instansi Tempat Bekerja : SMAN 4 Kejuruan Muda Aceh Tamiang Alamat Kantor : Jl. Alur Meranti Sei Liput Aceh Tamiang

DATA PENDIDIKAN

  SD : SD Negeri-1 Sriwijaya Tamat : 1994 SMP : SMP Negeri-2 Kualasimpang Tamat : 1997 SMU : SMU Negeri-1 Kejuruan Muda Tamat : 2000 Strata-1 : FKIP UNSYIAH Tamat : 2005 Strata-2 : USU Medan Tamat : 2012

KATA PENGANTAR

  Pertama-tama saya panjatkan puji syukur kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Pemerintah Daerah

  Kabupaten Aceh Tamiang c.q Kepala Badan Kepegawaian Pendidikan dan Pelatihan (BKPP) yang telah memberikan bantuan belajar sehingga penulis dapat menyelesaikan Program Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

  Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM&H, M.Sc

  (CTM), Sp. A(K) atas kesempatan yang diberikan kepada saya untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister. Dekan Fakultas MIPA Universitas Sumatera Utara, Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan menjadi mahasiswa Program Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.

  Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Nasruddin MN, M.Eng. Sc, Sekretaris Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh staf pengajar pada Program Magister Ilmu Fisika pada Program Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara. Terimakasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya penulis ucapkan kepada Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc selaku Pembimbing Utama yang dengan penuh perhatian telah memberikan dorongan, bimbingan dan arahan, demikian juga kepada Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS selaku Pembimbing Lapangan yang penuh dengan kesabaran menuntun dan membimbing penulis hingga selesainya penelitian ini.

  Kepada Almarhumah Ayahanda H. Aminoeddin Hamid dan Ibunda tercinta Hj. Zuraini, Kedua Mertua tercinta H. Abdullah Harun dan Hj. Rohani, Abang dan Kakak tersayang serta Suami terkasih Zulfahmi, ST yang selalu menjadi motivasi dalam penelitian ini serta selalu sabar dan pengertian hingga selesainya penulisan tesis ini. Kepada teman-teman Magister Fisika angkatan 2010, khususnya teman-teman satu tim yang secara moral dan material telah membantu menyelesaikan pendidikan ini, segala budi baik ini tidak dapat dibalas dan hanya diserahkan kepada ALLAH SWT, Semoga kita diberikan taufiq dan hidayah-Nya dalam memanfaatkan segala ciptaan-Nya bagi kesejahteraan umat manusia.

  Amin Ya Rabbal Alamin Medan, 11 Juli 2012

AYU ANDRIANI

  KARAKTERISASI DAN PEMBUATAN KERAMIK SiO

  2 DENGAN CAMPURAN CaCO

  3 SEBAGAI FILTER

GAS BUANG KENDARAAN

ABSTRAK

  Telah dilakukan penelitian tentang karakterisasi dan pembuatan keramik SiO

  2 dengan campuran CaCO 3 (batu kapur) sebagai filter gas buang kendaraan.

  

Komposisi bahan keramik yang di gunakan adalah Clay sebanyak 50% setiap

sampel, SiO (silika) sebanyak 50%, 45%, 40%, 35%, 30% dan CaCO sebanyak

  2

  3

0%, 5%, 10%, 15%, 20%. Karakteristik keramik berpori yang telah di uji yaitu

susut massa berkisar antara 18,73 – 30,06 %, susut bakar yang diperoleh berkisar

  3 antara 4,40 – 2,21 %, Densitas sampel yang diukur berkisar antara 1,12 x 10

  3

  3

3 Kg/m – 1,31 x 10 Kg/m , besar porositas antara 56,29 – 30,59 % dan Besar

  

Permeabilitas sampel yang di ukur berkisar antara 58,84 – 323,62 Pa, kuat tekan

  4

  2

  4

  2

4,13 – 4,71 Mpa, kuat impak 0,58 x10 J/m – 1,17 x10 J/m , kekerasan 155,60 –

171,60 MPa. Untuk absorbsi emisi gas buang kendaraan besarnya daya absorbsi

terhadap gas CO 2 berkisar antara 16,90 – 25,09 %, absorbsi CO 16,22 – 60,58 %, absorbsi HC 4,06 – 5,08 ppm dan absorbsi NO

  X 25 – 50 ppm dan Filter gas buang

kendaraan ini ternyata dapat memproduksi gas O sebesar 14,94 – 56,10 %

  2

dengan sampel keramik berpori yang paling bagus terdapat pada sampel satu dan

dua yaitu memproduksi gas O

  2 sebesar 56,10 %, sehingga dengan produksi gas O

2 yang di hasilkan dari kendaraan ini berarti dapat mengurangi polusi udara di

lingkungan yang diakibatkan oleh gas buang kendaraan bermotor berbahan bakar solar.

  Katakunci: SiO 2 (Silica), CaCO 3 (batu kapur), emisi gas buang, filter, absorbsi

  CHARACTERIZATION AND PREPARATION OF SiO

  2 CERAMIC WITH A

MIXED CaCO AS A VEHICLE

  3 EXHAUST GAS FILTER ABSTRACT This research to find alternatives to help solve global warming and reduce vehicle exhaust emissions with SiO2 ceramic filter with a mixture of CaCO

  3 .

  Composition of the ceramic material used is Clay much as 50% of each sample,

SiO 50%, 45%, 40%, 35%, 30% and CaCO as much as 0%, 5%, 10%, 15%,

  2

  3 20%. Characteristics of porous ceramics that have been in the Loss of mass test ranged from 18,73 to 30,06%, fuel shrinkage obtained ranged from 4,40 to 2,21%,

  3

  3

  3 the measured density of the samples ranged from 1,12 x 10 Kg/m to 1,31 x 10

3 Kg/m , large porosity between 56,29 to 30,59% and the Big permeability

  measured samples ranged from 58,84 to 323,62 Pa, compressive strength from

  4

  2

  4

  2 4,13 to 4,71 MPa, a strong impact from 0,58 x10 J/m to 1,17 x10 J/m , violence from 155,60 to 171,60 MPa. For the absorption of vehicle exhaust emissions to the magnitude of the absorption of CO 2 gas ranged from 16.,0 to 25,09%, the absorption of CO from 16,22 to 60,58%, HC absorption from 4,06 to 5,08 ppm and the absorption of NOx 25 – 50 ppm. This vehicle exhaust filter was found to produce O

  2 gas by 14.94 to 56.10% with a porous ceramic samples is the best there is the first and the second samples of the produce O 2 gas by 56.10%, so that the production of O

  2 gas which is derived of these vehicles means that can reduce air pollution in the environment caused by motor vehicle exhaust gas diesel .

  Keywords: SiO , Calcium Carbonat, exhaust gas emition, filter, absorption

  2

  DAFTAR ISI Halaman PENGESAHAN TESIS

  i

  PERNYATAAN ORISINALITAS

  ii

  PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI iii PENETAPAN PANITIA PENGUJI TESIS iv DAFTAR RIWAYAT HIDUP

  v

  KATA PENGANTAR

  vi

  ABSTRAK

  vii

  ABSTRACT

  viii

  DAFTAR ISI

  ix

  DAFTAR TABEL

  xii

  DAFTAR GAMBAR

  xiii

  DAFTAR LAMPIRAN

  xiv

  BAB I PENDAHULUAN

  1

  1.1 Latar Belakang

  1

  1.2 Pembatasan Masalah

  4

  1.3 Rumusan Masalah

  5

  1.4 Tujuan Penelitian

  5

  1.5 Manfaat Penelitian

  6 BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  7

  2.1 Prinsip Dasar Keramik

  7

  2.2 Silikon Dioksida

  8

  2.2.1 Silica Gel

  11

  2.3 Kalsium Karbonat

  12

  2.3.1 Ciri-ciri dan sifat kalsium karbonat

  12

  2.3.2 Pembuatan kalsium karbonat

  12

  2.4 Clay

  13

  2.5 Emisi Gas Buang

  13

  2.6 Desain dan Struktur katalis

  15

  2.7 Komponen-komponen katalis

  16

  2.7.1 Komponen aktif

  16

  2.7.2 Penyangga

  17

  2.7.3 Promotor

  18

  2.7.4 Desain Katalis

  19

  2.8

  20 Catalic Converter

  2.8.1 Cara kerja catalic converter

  22

  2.9 Filter Gas Buang Kendaraan

  40

  40

  3.6.6 Kuat tekan dan Kuat pukul

  40

  3.6.5 Kekerasan

  40

  3.6.4 Permeabilitas

  3.6.3 Porositas

  41

  40

  3.6.2 Densitas

  39

  3.6.1 Susut Bakar

  39

  3.6 Karakterisasi Bahan

  3.6.7 Uji Absorbsi

  3.6.8 Analisis XRD

  3.5 Pengolahan Bahan Baku Keramik

  4.4 Kuat Tekan

  4.7 Uji Absorbsi Gas Buang Kendaraan

  52

  4.6 Kekerasan

  51

  4.5 Kuat Pukul

  49

  47

  42 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

  4.3 Densitas, Porositas dan Permeabilitas

  45

  4.2 Susut Bakar

  44

  4.1 Susut Massa

  44

  36

  36

  24

  26

  28

  2.10.2 Sifat Mekanik

  27

  2.10.1.4 Permeabilitas

  27

  2.10.1.3 Porositas

  2.10.1.2 Densitas

  28

  25

  2.10.1.1 Penyusutan

  25

  2.10.1 Sifat Fisis

  25

  2.10 Karakteristik Bahan

  2.10.2.1 Kuat tekan

  2.10.2.2 Kuat pukul

  3.4 Variabel dan Parameter Penelitian

  33

  34

  3.3 Prosedur Penelitian

  33

  3.2 Alat dan Bahan Penelitian

  33

  3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

  31 BAB III METODE PENELITIAN

  29

  2.12.1 Polymorphism Mineral

  30

  2.12 X-Ray Diffraction (XRD)

  29

  2.11 Gas Analyzer

  29

  2.10.2.3 Kekerasan

  54

  4.8 Hasil Analisa Uji XRD

  60 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan

  62

  5.2 Saran

  63 DAFTAR PUSTAKA

  64 LAMPIRAN L-1-

  DAFTAR TABEL Tabel Judul Halaman

  47

  2

  4.9 Hasil Pengujian Produksi O

  55

  4.8 Hasil Uji Gas Emisi dengan Filter

  54

  4.7 Hasil Uji Gas Emisi Tanpa Filter

  53

  4.6 Hasil Pengujian Kekerasan

  51

  4.5 Hasil Pengujian Kuat Impak

  50

  4.4 Hasil Pengujian Kuat Tekan

  Permeabilitas

  2.1 Oksida logam dengan titik leleh tinggi sebagai

  4.3 Hasil Pengukuran Densitas, Porositas dan

  46

  4.2 Hasil Pengukuran Susut Bakar

  44

  4.1 Hasil Pengukuran Susut Massa

  37

  3.1 Perbandingan komposisi Bahan keramik

  19

  2.3 Jenis-jenis bahan katalis

  18

  2.2 Contoh promotor katalis dalam beberapa proses

  17

  penyangga katalis

  59 dengan Filter

  61

  3

  3

  53

  4.8 Grafik Kekerasan – Persentase CaCO

  3

  52

  4.7 Grafik Kuat Impak – Persentase CaCO

  50

  2

  4.6 Grafik Kuat Tekan – Persentase CaCO

  3

  49

  4.5 Grafik Permeabilitas – Persentase CaCO

  3

  48

  4.9 Grafik Absorbsi CO

  55

  3

  58

  4.14 Grafik X-Ray Diffraction Sampel dua

  3

  59

  2

  4.13 Grafik Produksi O

  3

  4.12 Grafik Absorbsi NO x

  3

  3

  57

  4.11 Grafik Absorbsi HC – Persentase CaCO

  3

  56

  4.10 Grafik Absorbsi CO – Persentase CaCO

  4.4 Grafik Porositas – Persentase CaCO

  48

  DAFTAR GAMBAR Gambar Judul Halaman

  15

  25

  2.7 Skema proses filtrasi gas buang

  22

  2.6 Tipe dari catalic converter,yaitu 3-way catalist

  16

  2.5 Hubungan antara komponen aktif, pendukung

  2.4 Karakteristik teknis dari katalis

  30

  9

  2.3 Struktur padatan Silikon Dioksida

  8

  2.2 Sudut Ikatan Si – O – Si

  8

  2.1 Struktur Lokal Silikon Dioksida

  2.8 Difraksi Sinar-X oleh bidang atom

  3.1 Diagram Alir Penelitian

  4.3 Grafik Densitas – Persentase CaCO

  43

  3

  46

  4.2 Grafik Susut Bakar – Persentase CaCO

  3

  45

  4.1 Grafik Susut Massa – Persentase CaCO

  3.5 X-Ray Diffractometer

  35

  42

  3.4 Autologic Gas Analyzer

  41

  3.3 Uji Kuat Tekan Sampel

  39

  3.2 Sampel yang telah di bakar

• – Persentase CaCO
• – Persentase CaCO
• – Persentase CaCO