SINTESIS ZSM-5 DARI ABU TERBANG BATUBARA PLTU PT. BUKIT ASAM (PERSERO), TBK DENGAN VARIASI WAKTU KRISTALISASI DAN RASIO SiO2/Al2O3 - POLSRI REPOSITORY

  

LAPORAN AKHIR

SINTESIS ZSM-5 DARI ABU TERBANG BATUBARA PLTU PT. BUKIT

ASAM (PERSERO), TBK DENGAN VARIASI WAKTU KRISTALISASI

DAN RASIO SiO

  2 /Al

  2 O

  3 Diajukan Sebagai Persyaratan untuk Menyelesaikan

Pendidikan Diploma III Jurusan Teknik Kimia

Politeknik Negeri Sriwijaya

  

Oleh :

BUNGA NURMAWATI SITUMORANG

0611 3040 0339

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

PALEMBANG

2014

  

LEMBAR PENGESAHAN LAPORAN AKHIR

SINTESIS ZSM-5 DARI ABU TERBANG BATUBARA PLTU PT. BUKIT

ASAM (PERSERO), Tbk DENGAN VARIASI WAKTU PENGKRISTALAN

DAN RASIO SiO /Al O

  2

  2

  3 OLEH :

BUNGA NURMAWATI SITUMORANG

0611 3040 0339

  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. Ir. Fadarina, M. T. ( ) NIP. 195803151987032001

  2. Ir. Arizal Aswan, M. T. ( ) NIP. 195802241993031001

  3. Ir. A. Husaini, M. T. ( ) NIP. 195904091989031001

  4. Ir. Hj. Elina Margaretty, M. Si. ( ) NIP. 196203271990032001 Palembang, Juli 2014 Mengetahui Ketua Jurusan Teknik Kimia Ir. Robert Junaidi, M.T NIP 196607121993031003

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus, akhirnya penulis dapat menyelesaikan Laporan akhir yang berjudul “Sintesis ZSM-5 Dari Abu Terbang

  

Batubara PLTU PT. Bukit Asam (persero), Tbk Dengan Variasi Waktu

Pengkristalan dan Rasio SiO 2 /Al

2 O

  3 ”.

  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 penulis menyadari bahwa 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. 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, ibu dan ayah, serta adik-adikku tercinta 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 perkulihan D-III Teknik Kimia Politeknik Negeri Sriwijaya.

  10. Khoiriyah Sari 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

  Sintesis ZSM-5 Dari Abu Terbang Batubara PLTU PT. Bukit Asam (Persero), Tbk Dengan Variasi Waktu Kristalisasi dan Rasio SiO

  2 /Al

  2 O

  3 (Bunga Nurmawati Situmorang, 2014, 40 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 silika dan alumina 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 dibandingkan 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 terbang batubara menjadi zeolit ZSM-5 serta untuk mengetahui pengaruh perbandingan SiO

  2 /Al

  2 O 3 dalam sintesis ZSM-5. Sintesis ZSM-5 dilakukan dengan

  menggunakan metode hidrotermal dengan variasi waktu kristalisasi (18, 24, 30 jam) dengan perbandingan rasio mol SiO /Al O (30, 35, 40, 45, 50) pada

  2

  2

  3

  temperatur konstan 200

  C. Hasil analisa XRD menunjukkan bahwa zeolit ZSM-5 telah berhasil disintesis pada perbandingan mol SiO

  2 /Al

  2 O 3 50 dalam waktu kristalisasi selama 30 jam dengan tingkat kristalinitas mencapai 78%.

  Kata kunci : abu terbang batubara, ZSM-5, waktu kristalisasi, rasio SiO /Al O _{2 2 3}

  

ABSTRACT

Synthesis ZSM-5 From Fly Ash Of PLTU PT. Bukit Asam (Persero), Tbk With

Variation Of Crystalitation Time and SiO

  2 /Al

  2 O

  3 Ratio (Bunga Nurmawati Situmorang, 2014, 40 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

zeolite 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 research learned to converted

become zeolite ZSM-5 and to know effect of SiO 2 /Al

  2 O 3 ratio of synthesis of ZSM-

  

5. Zeolite synthesis was conducted using hydrothermal method with time synthesis

crystallisation varied at (18, 24, 30 hour) and comparison of SiO 2 /Al

  2 O 3 mole o ratio (30, 35, 40, 45, 50) were used at constant temperature 200

  C. The results of

  XRD analysis showed that at mole ratio of SiO 2 /Al

  2 O 3 (50) for 30 hour, zeolite ZSM-5 was produced at crystalination grade of 78%.

  Keywords : fly ash coal, ZSM-5, time of crystallisation, SiO /Al O mole ratio _{2 2 3}

  

MOTTO

Hidup bagiku sebuah keberuntungan dan matipun adalah sebuah keuntungan.

  “Tommorrow is a mystery and today is a gift.” Besok adalah misteri dan hari ini adalah anugerah

“The formulas of a success are a hard work and never give up.”

Formula dari sebuah kesuksesan adalah kerja keras dan tidak

pernah menyerah.

  Jangan bandingkan dirimu dengan orang lain tapi bandingkanlah dirimu dengan dirimu sendiri JESUS BLESS YOU  Kupersembahkan Untuk :

• Juru selamatku Yesus Kristus  Ayah dan Ibuku yang Tercinta  Adik-adikku tercinta arunata situmorang, daniel situmorang, deslan situmorang dan adikku paling bungsu barnabas situmorang Opungku tercinta
• Sahabatku Khususnya devi, dewi, ema, dini, ovi, sari, putri, fitria, ratih, aliyah, maulina
• Teman Spesialku Saud sahala silitonga
• Para dosen dan teman-teman seangkatan  Almamaterku.

  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 .....................................................................................xii

  2.3 Zeolit ..............................................................................................10

  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

  2.2.3 Pemanfaatan Abu (Fly Ash) Batubara ..................................9

  BAB I PENDAHULUAN

  2.2.2 Pengelompokkan Abu Terbang Batubara.............................8

  2.2.1 Karakteristik Fisik dan Kimia Fly Ash Batubara..................5

  2.2 Fly Ash Batubara ..........................................................................5

  2.1 Abu Batubara ................................................................................5

  BAB II TINJAUAN PUSTAKA

  1.4 Manfaat..............................................................................................4

  1.3 Tujuan ...............................................................................................3

  1.2 Perumusan Masalah ..........................................................................3

  1.1 Latar Belakang1 ................................................................................1

  2.6.2 Fourier Transform Infra Red (FTIR) ...................................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 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 Pengaruh Rasio SiO

  2 /Al

  2 O

  3 Terhadap Kristalinitas ............36

  4.2.2 Pengaruh Waktu Kristalisasi Terhadap Kristalinitas...........38

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

  5.1 Kesimpulan ...................................................................................40

  5.2 Saran .............................................................................................40

  

DAFTAR PUSTAKA .........................................................................................41

LAMPIRAN.........................................................................................................43

  

DAFTAR TABEL

Halaman

  Tabel 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 Tabel 6. Hasil Analisa X-Ray Diffraction Waktu Kristalisasi 18 Jam ..................35 Tabel 7. Hasil Analisa X-Ray Diffraction Waktu Kristalisasi 24 Jam ..................36 Tabel 8. Hasil Analisa X-Ray Diffraction Waktu Kristalisasi 30 Jam ..................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 Natrum 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 3 .... 37

  Gambar 12. Grafik Perbandingan Kristalinitas Terhadap Temperatur Sintesis. 38 Gambar 13. Spektrum XRD pada Temperatur 200 C selama 18 jam................ 44 Gambar 14. Spektrum XRD pada Temperatur 200 C selama 24 jam................ 46 Gambar 15. Spektrum XRD pada Temperatur 200 C selama 30 jam................ 48 Gambar 16. Proses Mengayak Abu Terbang Batubara...................................... 52 Gambar 17. Abu Terbang Batubara Setelah Lolos ayakan 20 mesh.................. 52 Gambar 18. Proses Penimbangan Abu Terbang Batubara ................................ 52 Gambar 19. Proses Penimbangan NaOH ........................................................... 53 Gambar 20. Hasil Pencampuran Abu Terbang Batubara + NaOH .................... 53 Gambar 21. Proses Peleburan Abu Terbang Batubara + NaOH didalam

  Furnace ........................................................................................... 53

  Gambar 22. Hasil Leburan Selama 15 Menit..................................................... 54 Gambar 23. Hasil Leburan Abu Terbang Batubara + NaOH + Aquadest yang telah Didiamkan Selama 24 Jam ........................................... 54 Gambar 24. Natrium Silikat ............................................................................... 54

  Gambar 25. Pembuatan Natrium Aluminat........................................................ 55 Gambar 26. Natrium Aluminat .......................................................................... 55 Gambar 27. Hasil Pencampuran Natrium Silikat + Natrium Aluminat ............. 55 Gambar 28. Autoclave ....................................................................................... 56 Gambar 29. Hasil Sintesis .................................................................................. 56 Gambar 30. Proses Penyaringan Produk............................................................ 56 Gambar 31. Cake/Produk yang Didapat............................................................. 57 Gambar 32. Filtrat yang Didapat........................................................................ 57