PEMANFAATAN ABU TERBANG (FLY ASH) BATUBARA SEBAGAI SUMBER SILIKA DALAM SINTESIS ZSM-5 DENGAN PENGARUH VARIASI RASIO SiO2/Al2O3 DAN TEMPERATUR SINTESIS - POLSRI REPOSITORY
LAPORAN AKHIR
PEMANFAATAN ABU TERBANG (FLY ASH) BATUBARASEBAGAI SUMBER SILIKA DALAM SINTESIS ZSM-5 DENGAN
PENGARUH VARIASI RASIO SiO2 /Al
2 O
3 DAN TEMPERATUR
SINTESIS.
Diajukan Sebagai Persyaratan untuk Menyelesaikan
Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Kimia
Politeknik Negeri Sriwijaya
Oleh :
KHOIRIYAH SARI
0611 3040 0348
POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA
PALEMBANG
2014
LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN AKHIR
PEMANFAATAN ABU TERBANG (FLY ASH) BATUBARASEBAGAI SUMBER SILIKA DALAM SINTESIS ZSM-5 DENGAN
PENGARUH VARIASI RASIO SiO2 /Al
2 O
3 DAN TEMPERATUR
SINTESIS.
OLEH :
KHOIRIYAH SARI
0611 3040 0348
Palembang, Juli 2014 Pembimbing I, Pembimbing II, Ir. Mustain Zamhari, M.Si. Ibnu Hajar, S. T., M. T.
NIP 196106181989031004 NIP. 197102161994031002
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Kimia
Ir. Robert Junaidi, M.T.
NIP. 196607121993031003
Telah Diseminarkan Dihadapan Tim Penguji
Di Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya
Pada Tanggal 14 Juli 2014
Tim Penguji: Tanda Tangan
1. Hilwatullisan, S. T., M. T. ( ) NIP. 196811041992032001
2. H. Yohandri Bow, S. T., M. S. ( ) NIP. 197110231994031002
3. Ir. M. Yerizam, M. T. ( ) NIP. 196107091989031002
4. Anerasari M, B. Eng., M. Si. ( ) NIP. 196605311992012001 Palembang, Juli 2014 Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Kimia Ir. Robert Junaidi, M.T NIP 196607121993031003
KATA PENGANTAR
Dengan rahmat Allah SWT, akhirnya penulis dapat menyelesaikan Laporan akhir yang berjudul “Pemanfaatan Abu Terbang (Fly Ash) Batubara
Sebagai Sumber Silika Dalam Sintesis ZSM-5 Dengan Pengaruh Variasi
Rasio SiO 2 /Al2 O 3 dan Temperatur Sintesis”.
Laporan Akhir ini disusun berdasarkan hasil penelitian yang dilakukan penulis mulai tanggal 28 April sampai dengan 30 Mei di Laboratorium Universitas Muhammadiyah Palembang.
Sehubungan dengan terbatasnya kemampuan yang ada, maka disadari masih banyak terdapat kekurangan–kekurangan dari isi maupun cara penyajiannya, karena itu saran dan kritik yang bersifat membangun sangat penulis nantikan demi kesempuraan laporan ini.
Dengan tersusunnya laporan ini Penulis mengucapkan baanyak terima kasih kepada :
1. RD. Kusumanto, S,T., M.M., selaku Direktur Politeknik Negeri Sriwijaya.
2. Firdaus S.T., M.T., selaku Pembantu Direktur I Politeknik Negeri Sriwijaya.
3. Ir. Robert Junaidi, M.T., selaku ketua Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
4. Zulkarnain, S.T., M.T., selaku Sekretaris Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
5. Ir. Mustain Zamhari, M.T., selaku Pembimbing I yang senantiasa memberikan bimbingan, arahan dan bantuannya dalam penyelesaian laporan akhir ini.
6. Ibnu Hajar, S.T., M.T., selaku Pembimbing II yang senantiasa memberikan bimbingan, arahan dan bantuannya dalam penyelesaian laporan akhir ini.
7. Seluruh Bapak dan Ibu Dosen beserta Staff Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
8. Orang tua tercinta, ayah dan ibu yang tak pernah lelah untuk selalu berdoa, memotivasi, dan memberikan dukungan yang luar biasa penuh cinta dan kasih sayangnya.
9. Teman – teman Seperjuangan 6 KC yang bersama-sama berjuang dalam perkuliahan D-III Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.
10. Bunga Nurmawati Situmorang sebagai partner selama kerja praktek dan penyusunan Laporan Akhir.
11. Seluruh pihak yang membantu yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.
Dalam penyusun Laporan Akhir ini tentu saja banyak terdapat kekurangan untuk itu penulis dengan senang hati menerima kritik, saran dan masukan dari pembaca. Semoga laporan ini dapat bermanfaat bagi mahasiswa Politeknik Negeri Sriwijaya, khususnya Jurusan Teknik Kimia.
Palembang, Juni 2014 Penulis
ABSTRAK
Pemanfaatan Abu Terbang (Fly Ash) Batubara Sebagai Sumber Silika Dalam Sintesis ZSM-5 Dengan Pengaruh Variasi Rasio SiO
2 /Al
2 O 3 dan Temperatur
Sintesis
(Khoiriyah Sari, 2014, 41 halaman, 8 tabel, 32 gambar, 4 lampiran)
Indonesia memiliki cadangan batubara yang melimpah. Batubara digunakan oleh industri sebagai bahan bakar. Pembakaran batubara diindustri akan dihasilkan limbah berupa abu terbang batubara dan abu berat batubara. Abu terbang batubara mengandung silikat dan aluminium yang tinggi. Penelitian mengenai abu terbang batubara memiliki prospek yang baik untuk dikonversikan menjadi zeolit sintetik seperti ZSM-5. Penggunaan zeolit didunia industri baik sebagai penukar ion, adsorben maupun katalis semakin meningkat. Zeolit sintetik jauh lebih disukai dibndingkan dengan zeolit alam, disamping karena keaktifan dan keselektivannya yang lebih baik juga kestabilannya. ZSM-5 (Zeolite Socony Mobile – 5) adalah salah satu jens zeolit sintetik yang banyak digunakan oleh industri. Penelitian ini dilakukan untuk mempelajari konversi abu tebang batubara menjadi zeolit ZSM-5 serta untuk mengetahui pengaruh perbandingan SiO
2 /Al
2 O 3 dalam sintesis ZSM-5.
Sintesis zeolit dilakukan dengan menggunakan metode hidrotermal dengan variasi temperatur (180, 200, dan 220 C) dan perbandingan rasio mol SiO
2 /Al
2 O 3 (30,
35, 40, 45, 50) pada waktu kristalisasi konstan 24 jam. Hasil analisa XRD menunjukkan bahwa zeolit ZSM-5 telah berhasil disintesis pada perbandingan mol SiO
2 /Al
2 O 3 50 dalam temperatur sintesis selama 220 C dengan tingkat kristalinitas mencapai 82%.
Kata kunci : abu terbang (fly ash) batubara, ZSM-5, temperatur sintesis, rasio mol SiO /Al O 2 2 3
ABSTRACT
Utilization 0f Coal Fly Ash as a Resources of Silica In ZSM-5 Synthesis With
Variation Influence Of SiO2 /Al
2 O
3 Ratio and Synthesis Temperature (Khoiriyah Sari, 2014, 41 pages, 8 tables, 32 pictures, 4 enclosure)
Indonesia has abundance coal. Coal is used by industry as fuel. Coal burning was
producted waste such as fly ash and bottom ash coal. Fly ash coal contained the
high silicate and alumminate. The research about fly ash coal have a good
prospect to converted become zeolite synthetic such as ZSM-5. It has incresed
usage in industry, either as cation exchanger, absorber, or catalyst. The synthetic
zeoltes more liked then natural one because they have better stability along with
better activity and selectivity. ZSM-5 (Zeolite Socony Moil-5) is a type of synthetic
Zeolite that used in various industry processes. The researh learned to converted
become zeolite ZSM-5 and to know effect of SiO /Al O ratio of synthesis of ZSM-
2
2
3
5. Zeolite synthesis was conducted using hydrothermal method with temperature
synthesis crystallisation varied at (180, 200, and 220 C) and comparison of SiO2 /Al
2 O 3 mole ratio (30, 35, 40, 45, 50) were used at constant crystalisation
time 24 hour. Solid samples were characterised used XRD. The results of XRD
analysis showed that at SiO2 /Al
2 O 3 mole ratio 50 and temperature 220
C, zeolite ZSM-5 was produced at crystallinisation grade of 82%.
Keywords : fly ash coal, ZSM-5, temperature of crystallisation, SiO /Al O mole ratio 2 2 3
“Always be yourself and never be anyone else even if they look better than you ”
“ Tidak ada masalah yang tidak bisa diselesaikan selama ada komitmen bersama
untuk menyelesaikannya “
MOTTO
“ Agama tanpa ilmu adalah buta. Ilmu tanpa agama adalah lumpuh “ (Albert Einstein) “Don’t be afraid to move, because the distance of 1000 miles starts by a single step.” “Jadilah seperti karang di lautan yang kuat dihantam ombak dan kerjakanlah hal yang bermanfaat untuk diri sendiri dan orang lain, karena hidup hanyalah sekali. Ingat hanya pada Allah apapun dan di manapun kita berada kepada Dia-lah tempat meminta dan memohon.Kupersembahkan Untuk :
- Allah SWT
- Nabi Muhammad SAW
- Ayah dan Ibuku yang Tercinta Keluarga Besarku Khususnya Nenek dan Wak Ayah Sahabat SMA-ku Khususnya Aci, Tiwi, Fanny, Ninda, dan Clara Sahabat Kuliah-ku Khususnya Bunga, Putri, Aliyah, Ratih, dan Maulina Teman Spesialku Para dosen dan teman-teman seangkatan
DAFTAR ISI Halaman HALAMAN JUDUL ...........................................................................................i
LEMBAR PENGESAHAN ..............................................................................ii
ABSTRAK ...........................................................................................................iii
ABSTRACT .........................................................................................................iv
MOTTO ...............................................................................................................v
KATA PENGANTAR ........................................................................................vi
DAFTAR ISI........................................................................................................viii
DAFTAR TABEL ..............................................................................................x
DAFTAR GAMBAR ........................................................................................xi
DAFTAR LAMPIRAN.......................................................................................xiii
2.3.1 Karakteristik Zeolit ...............................................................10
2.6.2 Fourier Transform Infra Red (FTIR) ...................................24
2.6.1 Spektrometri Serapan Atom (AAS) .....................................23
2.6 Analisa Karakteristik ZSM-5 .........................................................23
2.5 Sintesis ZSM-5 ..............................................................................22
2.4.3 Rasio Si/Al ............................................................................22
2.4.2 Kegunaan ZSM-5 ..................................................................20
2.4.1 Karakteristik ZSM-5 .............................................................19
2.4 ZSM-5 ...........................................................................................17
2.3.3 Sifat-sifat Zeolit ....................................................................16
2.3.2 Kegunaan Zeolit ....................................................................12
2.3 Zeolit ..............................................................................................10
BAB I PENDAHULUAN
2.2.3 Pemanfaatan Abu Terbang (Fly Ash) Batubara....................9
2.2.2 Pengelompokkan Abu Terbang (Fly Ash) Batubara.............8
2.2.1 Karakteristik Fisik dan Kimia Fly Ash Batubara..................5
2.2 Abu Terbang (Fly Ash) Batubara .................................................4
2.1 Abu Batubara ................................................................................4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
1.4 Perumusan Masalah...........................................................................3
1.3 Manfaat .............................................................................................3
1.2 Tujuan ...............................................................................................2
1.1 Latar Belakang1 ................................................................................1
2.6.3 Spektroskopi Difraksi Sinar-X (XRD) .................................24
2.6.4 Scanning Electron Microscopy (SEM).................................27
BAB III METODELOGI
3.1 Waktu dan Tempat Penelitian ...............................................29
3.2 Alat dan Bahan ......................................................................29
3.2.1 Alat yang digunakan............................................................29
3.2.2 Bahan yang digunakan ........................................................30
3.3 Tahapan Penelitian ........................................................................30
3.4 Rancangan Penelitian ....................................................................30
3.5 Cara Kerja......................................................................................30
3.5.1 Persiapan Abu Terbang (Fly Ash) Batubara ........................30
3.5.2 Pembuatan Natrium Aluminat .............................................30
3.5.3 Pembuatan Natrium Silikat..................................................31
3.5.4 Proses Sintesis ZSM-5 .........................................................33
3.5.5 Analisa Karakteristik Dengan XRD ....................................34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil ..............................................................................................35
4.2 Pembahasan ..................................................................................36
4.2.1 Potensi Limbah Abu Terbang (Fly Ash) Batubara ...............36
4.2.2 Pengaruh Rasio SiO
2 /Al
2 O
3 Terhadap Kristalinitas ............37
4.2.3 Pengaruh Temperatur Sintesis Terhadap Kristalinitas ........38
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ...................................................................................41
5.2 Saran .............................................................................................41
DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................42
LAMPIRAN.........................................................................................................45
DAFTAR TABEL
HalamanTabel 1. Kandungan Logam Berat Pada Abu Batubara .........................................6 Tabel 2. Komposisi (%) Fly Ash Batubara.............................................................6 Tabel 3. Komposisi Abu Terbang (Fly Ash) Batubara PLTU PT. Bukit
Asam (Persero), Tbk.................................................................................7 Tabel 4. Komposisi Struktur ZSM-5.....................................................................18 Tabel 5. Penggunaan Zeolit sebagai katalis pada skala industri dan produk yang dihasilkan ...............................................................................................21
o
Tabel 6. Hasil Analisa X-Ray Diffraction Temperatur 180 C...............................35
o
Tabel 7. Hasil Analisa X-Ray Diffraction Temperatur 200 C...............................36
o
Tabel 8. Hasil Analisa X-Ray Diffraction Temperatur 220 C...............................36
DAFTAR GAMBAR
Halaman Gambar 1. Abu Terbang (Fly Ash) Batubara ..................................................... 5 Gambar 2. Rangka zeolit yang terbentuk dari ikatan 4 atom O dengan 1 atom Si .......................................................................................... 11 Gambar 3. Struktur Kerangka ZSM-5................................................................ 17 Gambar 4. Pembentukan Kokas Pada Saluran Zeolit.......................................... 19 Gambar 5. Perubahan rantai pada ZSM-5.......................................................... 20 Gambar 6. Spektrum Difraksi Sinar X ZSM-5 Standar ..................................... 26 Gambar 7. Mekanisme SEM .............................................................................. 27 Gambar 8. Diagram Alir Pembuatan Natrium Aluminat ................................... 31 Gambar 9. Diagram Alir Pembuatan Natrium Silikat........................................ 32 Gambar 10. Diagram Alir Proses Hydrotermal Sintesis ZSM-5........................ 34 Gambar 11. Grafik Perbandingan Kristalinitas Terhadap Rasio SiO
2 /Al
2 O...... 38
Gambar 12. Grafik Perbandingan Kristalinitas Terhadap Temperatur Sintesis. 39 Gambar 13. Spektrum XRD pada Temperatur 180 C selama 24 jam................ 46 Gambar 14. Spektrum XRD pada Temperatur 200 C selama 24 jam................ 48 Gambar 15. Spektrum XRD pada Temperatur 220 C selama 24 jam................ 50 Gambar 16. Proses Mengayak Abu Terbang Batubara...................................... 54 Gambar 17. Abu Terbang Batubara Setelah Lolos ayakan 20 mesh.................. 54 Gambar 18. Proses Penimbangan Abu Terbang Batubara ................................ 54 Gambar 19. Proses Penimbangan NaOH ........................................................... 55 Gambar 20. Hasil Pencampuran Abu Terbang Batubara + NaOH .................... 55 Gambar 21. Proses Peleburan Abu Terbang Batubara + NaOH didalam
Furnace .......................................................................................... 55
Gambar 22. Hasil Leburan Selama 15 Menit..................................................... 56 Gambar 23. Hasil Leburan Abu Terbang Batubara + NaOH + Aquadest yang telah Didiamkan Selama 24 Jam ........................................... 56
Gambar 25. Pembuatan Natrium Aluminat........................................................ 57 Gambar 26. Natrium Aluminat .......................................................................... 57 Gambar 27. Hasil Pencampuran Natrium Silikat + Natrium Aluminat ............. 57 Gambar 28. Autoclave ....................................................................................... 58 Gambar 29. Hasil Sintesis .................................................................................. 58 Gambar 30. Proses Penyaringan Produk ............................................................ 58 Gambar 31. Cake/Produk yang Didapat............................................................. 59 Gambar 32. Filtrat yang Didapat........................................................................ 59