PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH DAS BELAWAN TESIS
PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN
MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG
KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING
DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH
DAS BELAWAN
TESIS
DENI REFLIANTO MANIK117006035/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014
PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN
MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG
KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING
DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH
DAS BELAWAN
TESIS
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Magister Sains Dalam Program Studi Ilmu Kimia Pada Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Oleh
DENI REFLIANTO MANIK
117006035/KIM
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN2014
Telah diuji pada
Tanggal : 11 Februari 2014
PANITIA PENGUJI TESIS KETUA : Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D : 1. Saharman Gea, Ph.D2. Prof. Dr. Thamrin, M.Sc
3. Dr. Darwin Yunus Nasution, MS
4. Eddyanto, Ph.D
PERSETUJUAN
Judul Tesis : PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN
DENGAN MIKROBENTONIT DAN ARANGAKTIF CANGKANG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH DAS BELAWAN Nama Mahasiswa : DENI REFLIANTO MANIK Nomor Pokok : 117006035 Program Studi : MAGISTER (S2) ILMU KIMIA Menyetujui Komisi Pembimbing Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Saharman Gea, Ph.D
Ketua Anggota
Ketua Program Studi DekanProf. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D Dr. Sutarman, M.Sc Tanggal Lulus : 11 Februari 2014
PERNYATAAN ORISINALITAS
PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN
MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG
KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING
DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH
DAS BELAWAN
TESIS
Dengan ini saya menyatakan bahwa tesis ini adalah hasil karya saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan jelas.
Medan, Februari 2014 Penulis DENI REFLIANTO MANIK
PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN
MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG
KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING
DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH
DAS BELAWAN
ABSTRAK
Penelitian ini melaporkan tentang pembuatan komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit dan arang aktif cangkang kelapa sawit sebagai bahan penyaring dalam pengolahan air bersih Daerah Aliran Sungai (DAS) Belawan. Penelitian ini terdiri dari enam tahap yaitu persiapan mikrobentonit, persiapan arang aktif cangkang kelapa sawit, pembuatan busa poliuretan, pembuatan komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit dan arang aktif cangkang kelapa sawit, karakterisasi komposit busa poliuretan dan aplikasi komposit busa poliuretan sebagai bahan penyaring air sungai. Variasi berat pengisi yang dipilih yaitu 25; 50; 75 100 (% wt, terhadap berat PPG). Karakterisasi gugus fungsi busa poliuretan dilakukan dengan teknik Spektroskopi FT-IR, morfologi dengan Scanning Electron Microscopy (SEM) dan sifat termal dengan teknik Thermogravimetric Analysis (TGA). Efektifitas komposit busa poliuretan sebagai bahan penyaring ditentukan oleh nilai pH, kadar total padatan terlarut (TDS), total padatan tersuspensi (TSS) dan kekeruhan. Hasil analisis spektrum FT-IR busa poliuretan menunjukkan adanya serapan khas untuk gugus uretan. Hasil analisis SEM, busa poliuretan dan komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit dan arang aktif cangkang kelapa sawit memiliki tipe struktur sel terbuka (opened cell) dengan diameter pori masing-masing 36,87-157,475 µm (PU); 34,65-117,94 µm (PU-B ) dan 15,20-54,77 µm (PU-A ). Hasil analisis
25% 25%
termogram diperoleh urutan kestabilan termal komposit busa poliuretan yaitu PU- B 25% > PU-A 25% > PU. Efektifitas komposit busa poliuretan sebagai bahan penyaring air sungai telah diteliti. Karakterisasi air setelah penyaringan menggunakan komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit maupun arang aktif tidak menunjukkan perubahan pada nilai pH dan kadar TDS. Sedangkan, kadar TSS dan kekeruhan menurun dengan hasil optimum diberikan oleh komposit busa poliuretan dengan arang aktif 25% (PU-A 25% ) yaitu 68% dan 69%. Berdasarkan analisis parameter air hasil penyaringan, secara keseluruhan telah memenuhi standar air bersih menurut PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 dan PP No.82 Tahun 2001
Kata kunci: komposit busa poliuretan, mikrobentonit, arang aktif
PREPARATION OF POLYURETHANE FOAM COMPOSITE WITH
MICROBENTONITE AND ACTIVATED CHARCOAL OF PALM
KERNEL SHELLS AS FILTER MATERIAL FOR WATER
TREATMENT OF BELAWAN WATERSHED
ABSTRACT The present paper reports the preparation of polyurethane foam composite withmicrobentonite and activated charcoal of palm kernel shells as filters for water
treatment of Belawan watershed. This study consists of six stages, namely
preparation of microbentonite, preparation of activated charcoal of palm kernel
shells, preparation of polyurethane foam, preparation of polyurethane foam
composite with microbentonite and activated charcoal of palm kernel shells filler,
polyurethane foam composite characterization and application of polyurethane foam
composite as filter for water treatment. The varians weight of filler were 25; 50; 75
100 (%wt, PPG). The functional groups of polyurethane foam were characterized
using FT-IR spectroscopy, the surface morphologies were observed using Scanning
Electron Microscopy (SEM) and the thermal properties were conducted with Thernal
Gravimetric Analysis (TGA). Polyurethane foam composite effectivity as filter
determined by the value of pH, Total Dissolved Solid (TDS), Total Suspended Solid
(TSS) and turbidity. The FT-IR spectrums of polyurethane foam show has
characteristic absorption of urethane functional group. SEM images of polyurethane
foam composite with microbentonite and activated charcoal of palm kernel shells has
an open cell structure type with a pore diameter 36.87-157.475 µm (PU); 34.65-117.94 µm (PU-B 25% ) and 15.20-54.77 µm (PU-A 25% ). The results of sequence
analysis thermogram obtained polyurethane foam composite thermal stability of
PU-B 25% > PU-A 25% > PU. The polyurethane foam composite effectivity as filter for
water treatment has been investigated. Water characterization after filtration showed
not experience of change assess pH and TDS, while the TSS and turbidity level
decreased with the optimum results given by the polyurethane foam composite with
activated charcoal of palm kernel shells 25% (PU-A ) are 68% and 69%. Based on
25%the analysis of parameters of filtered water, the overall rate quality of treated water
has been fulfilled PERMENKES No.416/MENKES/PER/IX/1990 and PP No.82
Tahun 2001.Keywords: polyurethane foam composite, microbentonite, activated carbon
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah Bapa, Putera, dan Roh Kudus atas segala kasih setia dan berkatNya yang telah memampukan penulis untuk dapat meyelesaikan penelitian dan penulisan tesis ini dengan sebaik mungkin.
Tesis ini berjudul “PEMBUATAN KOMPOSIT BUSA POLIURETAN DENGAN MIKROBENTONIT DAN ARANG AKTIF CANGKANG KELAPA SAWIT SEBAGAI BAHAN PENYARING DALAM PENGOLAHAN AIR BERSIH DAS BELAWAN”. Tesis ini merupakan salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains (M.Si) di Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara, Medan.
Penulisan tesis ini tidak terlepas dari bantuan berbagai pihak yang terlibat secara langsung maupun tidak langsung. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada orang tua penulis, Ayahanda Marcius Manik dan Ibunda Irmawati Gultom yang selalu memberikan nasehat, motivasi dan mendoakan penulis. Bapak Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DMT&H, M.Sc, (CTM), Sp.A(K) dan Dr. Sutarman, M.Sc selaku Rektor Universitas Sumatera Utara dan Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Sumatera Utara atas kesempatan dan fasilitas yang diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan pendidikan di Pascasarjana Ilmu Kimia. Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS, Ph.D dan Dr. Hamonangan Nainggolan, M.Sc selaku Ketua Program Studi dan Sekretaris Pascasarjana Ilmu Kimia atas kesempatan yang diberikan kepada penulis untuk menjadi mahasiswa di Pascasarjana Ilmu Kimia.
Penulis juga menyampaikan terima kasih kepada Bapak Prof. Basuki Wirjosentono, MS. Ph.D selaku dosen pembimbing I dan Bapak Saharman Gea, Ph.D selaku dosen pembimbing II atas waktu, saran dan bimbingannya dalam penelitian dan penyusunan tesis ini. Bapak Prof. Dr. Thamrin, M.Sc, Bapak Dr. Darwin Yunus Nasution, MS dan Bapak Eddyanto, Ph.D selaku dosen penguji atas saran dan bimbingannya dalam menyelesaikan tesis ini. Bapak Drs. H. Tengku Ariful Amri, MS atas motivasi dan nasehat kepada penulis. Bapak dan Ibu dosen Pascasarjana Ilmu Kimia yang telah memberi disiplin ilmu selama penulis menjalani studi. Kak Lely, Bang Edi dan rekan-rekan penulis di Pascasarjana Ilmu Kimia stambuk 2011 dan 2012 yang telah banyak membantu dan memberikan saran kepada penulis.
Penulis menyadari bahwa tesis ini masih memiliki banyak kekurangan. Oleh karena itu, kritik dan saran yang membangun dari pihak pembaca sangat diharapkan untuk kesempurnaan tesis ini. Akhir kata, semoga tesis ini bermanfaat bagi kemajuan ilmu pengetahuan.
Medan, Februari 2014 Penulis Deni Reflianto Manik
RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADINama Lengkap : Deni Reflianto Manik Tempat dan Tanggal Lahir : Pekanbaru, 22 Februari 1988 Alamat Rumah : Jl. H. Imam Munandar Gg. Setia No. 21 Pekanbaru,
Riau Email : deni.reflianto@gmail.com Nama Ayah : Marcius Manik Nama Ibu : Irmawati Gultom
DATA PENDIDIKAN
- Lulus SD Negeri 006 Pekanbaru, Provinsi Riau pada tahun 2000
- Lulus SMP Negeri 13 Pekanbaru, Provinsi Riau pada tahun 2003
- Lulus SMA Negeri 6 Pekanbaru, Provinsi Riau pada tahun 2006
Lulus Sarjana Kimia Fakultas Matematika dan Ilmu
- Pengetahuan Alam Universitas Riau, Pekanbaru pada tahun 2011
DAFTAR ISI
Halaman ABSTRAK i ABSTRACT ii KATA PENGANTAR iii RIWAYAT HIDUP v DAFTAR ISI vi DAFTAR TABEL ix DAFTAR GAMBAR x DAFTAR LAMPIRAN xi DAFTAR SINGKATAN xiiiBAB 1. PENDAHULUAN
1
16
2.1.5. Surfaktan
15
2.1.6. Pemanjang rantai
15
2.2. Karakterisasi
16
2.2.1. Difraksi sinar-X
2.2.2. Fourier Transform Infrared Spectroscopy
2.1.4. Katalis
18
2.2.3. Scanning Electron Microscopy
20
2.2.4. Thermogravimetry Analysis
21
2.3. Sungai Belawan
22
15
14
1.2. Permasalahan
1.6. Metodologi Penelitian
3
1.3. Pembatasan Masalah
3
1.4. Tujuan Penelitian
4
1.5. Manfaat Penelitian
4
5
1.1. Latar Belakang
1.7. Lokasi Penelitian
6 BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Busa Poliuretan
7
2.1.1. Isosianat
11
2.1.2. Poliol
12
2.1.3. Bahan peniup
2.4. Kualitas Air
23 2.4.1. pH
24
2.4.2. Total padatan terlarut
23
2.4.3. Total padatan tersuspensi
25
2.4.4. Kekeruhan
26
2.5. Adsorben
26
2.5.1. Adsorben
26
2.5.2. Arang aktif cangkang kelapa sawit
29
2.6. Adsorpsi
31 BAB 3. METODE PENELITIAN
3.1. Alat
34
3.2. Bahan
35
3.3. Prosedur Penelitian
35
3.3.1. Preparasi mikrobentonit
35
3.3.2. Karakterisasi mikrobentonit
36
3.3.3. Pembuatan arang aktif
36
3.3.4. Karakterisasi arang aktif
37
3.3.4.1 Kadar air
37
3.3.4.2 Kadar abu
37
3.3.4.3 Daya serap iodin
38
3.3.5. Pembuatan komposit
38
3.3.6. Karakterisasi komposit
39
3.3.7. Persiapan sampel air sungai
39
3.3.8. Penyaringan air sungai
40
3.3.9. Analisa parameter air
40 3.3.9.1 pH
40
3.3.9.2 Penetapan kadar total padatan terlarut
41
3.3.9.3 Penetapan kadar total padatan tersuspensi
41
3.3.9.4 Penetapan kekeruhan
41
3.4. Bagan Penelitian
42
3.4.1. Preparasi bentonit
42
3.4.2. Pembuatan arang aktif
43
3.4.3. Pembuatan komposit
44
3.4.4. Penyaringan air
45 BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Preparasi Bentonit
46
4.2. Karakterisasi Bentonit
46
4.3. Pembuatan Arang Aktif
48
4.4. Karakterisasi Arang Aktif
48
4.4.1. Penetapan kadar air
49
4.4.2. Penetapan kadar abu
50
4.4.3. Daya serap iodium
51
4.5. Sintesis Busa Poliuretan
52
4.6. Karakterisasi Poliuretan dengan Spektroskopi Fourier
Transform Infrared
54
4.7. Karakterisasi Komposit dengan Scanning Electron Microscopy 56
4.8. Karakterisasi Komposit dengan Thermogravimetric Analyisis
58
4.9. Analisis Air
61 4.9.1. pH
61
4.9.2. Total padatan terlarut
62
4.9.3. Total padatan tersuspensi
64
4.9.4. Kekeruhan
65 BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
68
5.2. Saran
68 DAFTAR PUSTAKA
69 LAMPIRAN
75
DAFTAR TABEL
Nomor Judul Halaman
55 Tabel 4.4 Pita serapan spektrum FTIR toluen diisosianat (TDI)
65 Tabel 4.10 Hasil analisis kekeruhan
63 Tabel 4.9 Hasil analisis kadar total padatan tersuspensi
62 Tabel 4.8 Hasil analisis kadar total zat padat terlarut
60 Tabel 4.7 Hasil analisis pH air sungai
56 Tabel 4.6 Persen kehilangan berat komposit
55 Tabel 4.5 Pita serapan spektrum FTIR busa poliuretan (PU)
48 Tabel 4.3 Pita serapan spektrum FTIR polipropilen glikol (PPG)
Tabel 2.1 Daerah serapan inframerah48 Tabel 4.2 Hasil karakterisasi arang aktif cangkang kelapa sawit
39 Tabel 4.1 Nilai sudut 2θ dari montmorilonit
36 Tabel 3.4 Kode sampel komposit
35 Tabel 3.3 Kode sampel arang aktif cangkang kelapa sawit
34 Tabel 3.2 Bahan - bahan penelitian
32 Tabel 3.1 Alat - alat penelitian
20 Tabel 2.2 Syarat mutu arang aktif berdasarkan Standar Nasional Indonesia (SNI) Nomor 06-3730 Tahun 1995
67
DAFTAR GAMBAR
Nomor Judul Halaman54 Gambar 4.7 Foto SEM a) busa poliuretan (PU); b) komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit 25% (PU-B 25% ); dan c) komposit busa poliuretan dengan arang aktif 25% (PU-A
64 Gambar 4.12 Kekeruhan air sungai hasil penyaringan
63 Gambar 4.11 Kadar total padatan tersuspensi air sungai hasil penyaringan
61 Gambar 4.10 Kadar total padatan terlarut air sungai hasil penyaringan
Gambar 4.9 Nilai pH air sungai hasil penyaringan59 )
komposit busa poliuretan dengan arang 25% (PU-A 25%
Gambar 4.8 Termogram TGA busa poliuretan (PU); komposit busa poliuretan dengan mikrobentonit 25% (PU-B 25% ) dan57 ) pembesaran 50X dan 500X.
25%
53 Gambar 4.6 Spektrum FTIR dari a) polipropilen glikol; b) toluen diisosianat dan c) busa poliuetan
Gambar 2.1 Struktur isomer a) toluen diisosianat dan b) metilen difenildiisosianat51 Gambar 4.5 Hasil reaksi sintesis busa poliuretan
50 Gambar 4.4 Daya serap arang aktif cangkang kelapa sawit terhadap iodin
49 Gambar 4.3 Kadar abu arang aktif cangkang kelapa sawit
47 Gambar 4.2 Kadar air arang aktif cangkang kelapa sawit
40 Gambar 4.1 Difraktogram bentonit alam asal Bener Meriah, Aceh
27 Gambar 3.1 Sistem penyaringan air dengan komposit
17 Gambar 2.4 Struktur molekul mineral monmorillonit
14 Gambar 2.3 Difraksi sinar-X pada kristal
12 Gambar 2.2 Struktur molekul polipropilen glikol (PPG)
66