Pembuatan Dan Karakterisasi Keramik Berpori Yang Diaplikasikan Sebagai Filter Emisi Gas Buang Pada Sepeda Motor Berbahan Bakar Premium

BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pencemaran Udara
Pada keadaan normal, sebagian besar udara terdiri atas oksigen dan nitrogen
(90%), tetapi aktivitas manusia dapat mengubah komposisi udara tersebut,
sehingga terjadi penambahan jumlah spesies ataupun peningkatan konsentrasi
zat-zat kimia yang ada. Kegiatan manusia yang menjadi sumber pencemaran
udara antara lain buangan industri, kendaraan bermotor, pembakaran di
perumahan dan ladang-ladang (Slamet J.S., 1994).
Pencemaran udara adalah dimasukkannya komponen lain kedalam udara,
baik oleh kegiatan manusia secara langsung atau tidak langsung maupun akibat
proses alam sehingga kualitas udara turun sampai ketingkat tertentu yang
menyebabkan lingkungan menjadi kurang baik atau tidak lagi berfungsi sesuai
peruntukannya (Chandra, 2006).
Pencemaran udara dapat diartikan sebagai adanya bahan-bahan atau zatzat asing didalam udara yang menyebabkan perubahan susunan (komposisi)
udara dari keadaan normalnya. Kehadiran bahan atau zat asing diudara dalam
jumlah tertentu serta berada dalam waktu yang cukup lama, akan mengganggu
kehidupan manusia, hewan dan binatang (Wardhana, 2004).
Menurut Ryadi S. (1982), yang dimaksud dengan pencemaran udara
adalah keadaan dimana masuknya suatu sumber keudara atmosfer, baik melalui

aktivitas manusia maupun ilmiah dibebaskan satu atau beberapa bahan atau zatzat dalam kuantitas maupun batas waktu tertentu yang secara karakteristik
memiliki kecenderungan dapat menimbulkan ketimpangan susunan udara
atmosfer secara ekologis sehingga mampu menimbulkan gangguan-gangguan
bagi kehidupan satu atau kelompok organisme atau benda-benda.

Universitas Sumatera Utara

6

2.1.1

Sumber Pencemaran Udara

Polusi terhadap udara memang terjadi secara alamiah sejak bumi terbentuk.
Sebab, fenomena alam seperti aktivitas vulkanik, pembusukan sampah tanaman,
kebakaran hutan, badai debu, bangkai hewan yang membusuk dan lain
sebagainya. Tapi semua itu boleh dikatakan masih dalam batas-batas yang dapat
ditolerir, artinya masih dalam keseimbangan aman (Teguh, Aprilianto, 2011).
Selain disebabkan polutan alami tersebut, polusi udara juga dapat
disebabkan oleh aktivitas manusia. Secara umum sumber pencemaran udara dapat

dibagi menjadi dua kelompok besar yaitu:
1. Faktor internal (secara alamiah), seperti: gunung berapi (H2S, SO2), angin
(debu, silikat dan partikel-partikel lain).
2. Faktor eksternal (aktivitas manusia) seperti: industri (SO2, CO, asap),
kendaraan bermotor (CO, HC, Pb, asap).
Pencemaran udara pada tingkat tertentu merupakan campuran dari satu atau lebih
pencemar, baik berupa padatan, cairan atau gas yang masuk dan terdispersi ke
udara dan kemungkinan menyebar ke lingkungan sekitarnya. (Darmodjo, R.
Boedi,. 1978).
Menurut Ryadi (1982), berbagai klasifikasi pencemaran yang ada dapat
dibedakan berdasarkan asalnya dalam dua kelompok, yaitu:
1. Polutan primer, yaitu semua bahan pencemar yang berbeda diudara yang
hampir tidak berubah. Sama seperti saat dibebaskan dari sumbernya
semula sebagai hasil dari suatu proses tertentu.
2. Bahan pencemar sekunder, yaitu semua bahan pencemar di udara yang
sudah berubah karena hasil reaksi tertentu antara dua atau lebih
kontaminan/polutan.

2.1.2

Komponen Pencemaran Udara

Dengan majunya industrialisasi kini banyak kontaminan-kontaminan yang lepas
ke udara. Dari beberapa macam komponen pencemar udara, maka yang paling
banyak berpengaruh dalam pencemaran udara dan merupakan polutan primer
yaitu polutan yang mencakup 90% dari jumlah polutan seluruhnya.

Universitas Sumatera Utara

7
Menurut Ferdiaz,Srikandi (1992), komponen pencemaran udara dibedakan
menjadi lima kelompok, yaitu:
1. Karbon monoksida

(CO)

2. Nitrogen oksida

(NOx)

3. Belerang oksida

(SOx)

4. Hidrokarbon

(HC)

5. Prtikel debu

Partikulat

Sumber polusi yang utama berasal dari transportasi, dimana hampir 60% dari
polutan yang dihasilkan terdiri dari karbon monoksida dan sekitar 15% terdiri dari
hidrokarbon. Sumber-sumber polusi lainnya misalnya pembakaran, proses
industri, pembuangan limbah dan lainnya.

2.1.2.1 Karbon Monoksida
Karbon monoksida (CO) adalah gas yang tidak berbau, tidak berasa dan juga tidak
berwarna. Oleh karena itu lingkungan yang telah tercemar oleh gas CO tidak

dapat dilihat oleh mata. Di daerah perkotaan dengan lalu lintas yang padat
konsentrasi gas CO berkisar antara 10-15 ppm. Gas CO dalam jumlah banyak
(konsentrasi tinggi) dapat menyebabkan gangguan kesehatan (Wardhana, 2004).
Tabel 2.1 Pengaruh Konsentrasi COHb Terhadap Kesehatan
Konsentrasi
COHb Dalam
Darah (%)
< 1,0
1,0 – 2,0
2,0 – 5,0
>5,0

Pengaruh Terhadap Kesehatan
Tidak berpengaruh
Pandangan agak tidak normal
Pengaruhnya terhadap sistem syaraf sentral, reaksi
panca indra tidak normal, pandangan agak kabur.
Perubahan fungsi jantung dan pulmonasi

Kepala pusing, mual, pingsan, kesukaran bernafas,

pandangan berkunang-kunang dan kematian
Sumber: Srikandi Fardiaz, 1992.
10,0 – 80,0

Universitas Sumatera Utara

8

2.1.2.2 Nitogen Oksida
Gas Nitrogen Oksida (NOx) ada dua macam, yaitu gas nitrogen monoksida (NO)
dan gas nitrogen dioksida (NO2). Udara yang telah tercemar oleh gas nitrogen
oksida tidak hanya berbahaya bagi manusia dan hewan saja, tetapi juga berbahaya
bagi kehidupan tanaman. Pengaruh gas NOx pada tanaman antara lain timbulnya
bintik-bintik pada permukaan daun (Wardhana, 2004).
Selain dikenal sebagai prekursor terjadinya hujan asam dan prekursor
terbentuknyasenyawa ozon (bersama hidrokarbon), NO juga dikenal sebagai
penyebab masalah gangguan pernafasan. KadarNOx berkisar antara 0,063-0,083
ppm dan jika selama 6 bulan terus menerus akan mengakibatkan terjadinya
masalah kesehatan berupa gangguan pernafasan ( Tanan, 2011).
Kendaraan bermotor memproduksi nitrogen oksida dalam bentuk NO

sebanyak 98%. Di dalam udara NO ini akan berubah menjadi gas NOyang toksis
bagi manusia. Efek yang terjadi tergantung pada dosis serta lamanya paparanyang
diterima seseorang. Konsentrasi NO2 yang berkisar antara 50-100 ppm dapat
menyebabkan peradangan paru-paru bila orang terpapar selama beberapa menit
saja (Soemirat,2009).

2.1.2.3 Belerang Oksida
Belerang oksida(SOx) terdiri atas gas SO2 dan SO3.Pencemaran SO2diudara
terutama berasal dari pemakaian yang digunakan pada kegiatan industri,
transportasi dan lain sebagainya.SO2 dikenal sebagai gas yang tidak berwarna
bersifat iritan kuat bagi kulit dan selaput lenderpada konsentrasi 6-12 ppm. SO2
mudah diserap oleh selaput lendir saluran pernapasan bagian atas (tidak lebih
dalam daripada larynx). Selain pengaruh terhadap kesehatan, sulfur dioksida juga
berpengaruh terhadap tanaman dan hewan. Pengaruh SO2 terhadap tumbuhan
tampak terutama pada daun yang menjadi putih atau terjadi nekrosis. Daun yang
hijau dapat berubah menjadi kuning, ataupun bercak-bercak putih (Soemirat,
2009).
Menurut Mukono (2008), efek SO2terhadap kesehatan dan lingkungan
yaitu:

Universitas Sumatera Utara

9
1.Terhadap Alat Pernapasan
Iritasi terhadap selaput lendir saluran pernapasan pdan pada kadar 8-12 ppm dapat
menyebabkan batuk dan kesukaran bernafas. Pada paparan kronis terhadap
saluran pernapasan dapat menyebabkan terjadinya bronchitis, chronic obstructive
disese (COPD) dan edema paru.
2.Terhadap Mata
Iritasi pada mata bisa menyebabkan keluarnya air mata dan mata menjadi merah
dan terasa pedas.
Tabel 2.2 Pengaruh Kadar SO2 Terhadap Kesehatan
Konsentrasi
(ppm)

Pengaruh

3-5

Jumlah terkecil yang dapat dideteksi baunya

8-12

Jumlah terkecil yang dapat mengakibatkan iritasi
tenggorokan

20

Jumlah terkecil yang dapat menyebabkan iritasi mata

20

Jumlah terkecil yang dapat menyebabkan batuk

20
50-100
400-500

Maksimum yang diperbolehkan untuk konsentrasi dalam
waktu lama

Maksimum yang diperbolehkan untuk kontak singkat (30
menit)
Berbahaya meskipun kontak secara singkat

Sumber: Depkes (2005), Parameter Pencemar Udara dan Dampaknya Terhadap
Kesehatan

2.1.2.4 Hidrokarbon
Hidrokarbon atau sering disingkat HC adalah pencemar udara yang berupa gas,
cairan maupun padatan. Keberadaan hidrokarbon sebagai bahan pencemar di
udara dapat berupa gas apabila dalam kondisi suhu rendah, ataupun berupa cairan
apabila pada kondisi suhu sedang, atau berupa padatan apabila hidrokarbon pada
kondisi suhu tinggi (Wardhana, 2004).
Menurut sumber Departemen Kesehatan (2005), sumber HC dapat pula
berasal dari saranan transportasi. Kondisi mesin yang kurang baik akan

Universitas Sumatera Utara

10
menghasilkan hidrokarbon. Pada umumnya pada pagi hari kadar hidrokarbon

diudara tinggi, namun pada siang hari menurun. Sore hari kadar hidrokarbon
meningkat lagi dan kemudian menurun lagi pada malam harinya.

2.1.2.5 Partikel
Partikel adalah pencemar udara yang dapat berada bersama-sama dengan bahan
atau bentuk pencemar lainnya. Partikel dapat diartikan secara murni atau sempit
sebagai bahan pencemar udara yang berbentuk padatan. Namun, dalam pengertian
lebih luas, partikel dapat meliputi berbagai macam bentuk, mulai dari bentuk yang
sederhana sampai bentuk yang rumit dan kompleks (Wardhana, 2004).
Pengaruh partikel (partikulat) debu bentuk padat maupun cair yang berada
di udara sangat tergantung pada ukurannya. Ukuran partikulat debu yang
berbahaya bagi kesehatan umumnya berkisar antara 0,1 mikron sampai dengan 10
mikron. Pada umumnya ukuran partikulat debu sekitar 5 mikron merupakan yang
dapat langsung masuk ke dalam paru-paru dan mengendap di alveoli. Keadaan ini
bukan berarti bahwa ukuran partikel yang lebih besar dari 5 mikron tidak
berbahaya, karena partikel yang lebih besar dapat mengganggu saluran pernafasan
bagian atas dan menyebabkan iritasi (Depkes,2005).
Berbagai proses alami yang menyebabkan penyebaran partikel di atmosfer,
misalnya letusan vulkanik dan hembusan debu serta tanah oleh angin.
Aktivitasmanusia juga berperan dalam penyebaran partikel, misalnya dalam
bentuk partikel debu dan asbes dari bahan bangunan, abu terbang dari
prosespeleburan baja, dan asap dari proses pembakaran tidak sempurna, terutama
dari batu arang. Sumber partikel yang utama adalah dari pembakaran bahan bakar
dari sumbernya diikuti oleh proses-proses industri (Fardiaz, 1992).

2.2

Kendaraan Bermotor

Menurut Peraturan Pemerintah Nomor 55 tahun 2012 tentang kendaraan yang
dimaksud dengan kendaraan bermotor adalah setiap kendaraan yang digerakkan
oleh peralatan mekanik berupa mesin selain kendaraan yang berjalan diatas rel.

Universitas Sumatera Utara

11

2.2.1

Jenis Kendaraan Bermotor

Jenis kendaraan bermotor menurut Peraturan Pemerintah Nomor 55 Tahun 2012,
yaitu: sepeda motor, mobil penumpang, mobil bus, mobil barang dan kendaraan
khusus seperti kendaraan TNI, Kepolisian dan alat berat (bulldozer, traktor, mesin
gilas, crane, excavator, forklift, dan loader). Adapun rinciannya seperti terlihat
pada tabel 2.3.
Tabel 2.3 Jumlah Kendaraan Bermotor Tahun 2004 – 2013 di Kota Medan
Tahun

Mobil
Mobil
Penumpang Barang
2004
207.614
154.420
2005
226.043
166.221
2006
240.066
172.999
2007
257.729
180.384
2008
279.996
189.857
2009
297.922
194.946
2010
327.467
203.452
2011
356.931
217.254
2012
386.144
231.750
2013
416.405
242.445
Sumber: sumut.bps.go.id

Bus
27.621
28.160
28.616
29.228
29.507
29.498
29.978
71.112
71.590
71.900

Sepeda
Motor
1.568.048
1.864.980
2.113.772
2.429.571
2.805.368
3.091.510
3.478.230
3.924.007
4.292.933
4.584.431

Jumlah
1.957.703
2.285.404
2.555.453
2.896.912
3.304.728
3.613.876
4.039.127
4.569.295
4.982.417
5.315.181

Data menunjukkan banyaknya jumlah kendaraan yang terdapat di kota
Medan hingga tahun 2013 jumlah kendaraan sepeda motor mencapai angka lima
juta lebih.
Tabel 2.4 Perkembangan Jumlah Kendaraan Bermotor Berdasarkan Jenisnya
Tahun 2010 - 2013
Jenis
Kendaraan

2010

2011

2012

2013

Mobil
8.891.041
9.54.866 10.432.259 11.484.514
Penumpang
Bis
2.250.109
2.254.406 2.273.821
2.286.309
Mobil
4.687.789
4.958.738 5.286.061
5.615.494
Barang
Sepeda
61.078.188 4.958.738 76.381.183 84.732.652
Motor
Jumlah
76.907.127 85.601.351 94.373.324 104.118.969
Sumber: Badan Pusat Statistik, 2014

Pertumbuhan
per Tahun
(%)
9,77
1,42
5,70
12,57
11,51

Universitas Sumatera Utara

12
Tabel 2.5 Persentasi Komponen Pencemar Udara dari Sumber Pencemar
Transportasi di Indonesia
Komponen Pencemar
Persen (%)
CO
70,50
NOx
8,89
SOx
0,88
HC
18,34
Partikel Debu
1,33
Total
100
Sumber: Dampak Pencemaran Lingkungan (Wardhana, 2004)

2.3

Bahan Bakar Minyak

Menurut R.P. Koesoemadinata (1980), bahan bakar minyak adalah bahan bakar
mineral cair yang diperoleh dari hasil tambang pengeboran sumur-sumur minyak,
dan hasil kasar yang diperoleh disebut dengan minyak mentah atau crude oil.
Hasil dari pengolahan minyak mentah ini akan menghasilkan bermacam-macam
bahan bakar yang memiliki kualitas yang berbeda-beda.
Bensin adalah salah satu jenis bahan bakar minyak yang dimaksudkan
untuk kendaraan bermotor roda dua, tiga dan empat. Secara sederhana, bensin
tersusun dari hidrokarbon rantai lurus, mulai dari C7 (heptana) sampai dengan
C11. Dengan kata lain, bensin terbuat dari hidrogen dan karbon yang terikat atara
satu dengan lainnya sehingga membentuk rantai.
Bensin dibuat dari ninyak mentah, cairan berwarn hitam yang dipompa
dari perut bumi dan biasa disebut dengan petroleum. Cairan ini mengandung
hidrokarbon; atom-atom karbon dalam minyak mentah ini berikatan dengan cara
membentuk rantai yang panjangnya berbeda-beda. Molekul hidrokarbon dengan
panjang yang berbeda akan memiliki sifat yang berbeda pula. CH4 (metana)
merupakan molekul paling “ringan”; bertambahnya atom C dalam rantai tersebut
akan membuatnya semakin “berat”. Empat molekul pertama hidrokarbon adalah
metana, etana, propana dan butana. Dalam tekanan dan suhu kamar, keempatnya
berwujud gas, dengan titik didih masing-masing -107, -67, -43 dan -18oC.
Berikutnya dari rantai C5 sampai dengan C18 berwujud cair, dan mulai dari C19
ke atas berwujud padat.
Dengan bertambahnya panjang rantai hidrokarbon akan menaikkan titik
didihnya, sehingga pemisahan hidrokarbon ini dilakukan dengan cara distilasi.

Universitas Sumatera Utara

13
Prinsip inilah yang diterapkan di pengilangan minyak untuk memisahkan berbagai
fraksi hidrokarbon dari minyak mentah.
Premium adalah bahan bakar minyak jenis distilasi berwarna kekuningan
yang jernih, premium merupakan Bahan Bakar Minyak (BBM) untuk kendaraan
bermotor yang paling populer di Indonesia. Premium merupakan BBM dengan
oktan atau Research Octane Number (RON) terendah diantara BBM untuk
kendaraan bermotor lainnya yakni 88. Pada umumnya, premium digunakan untuk
bahan bakar kendaraan bermotor seperti: mobil, sepeda motor, motor tempel dan
lain-lain. Bahan bakar ini juga disebut dengan gasoline atau petrol.
Karena merupakan campuran beragai bahan, daya bakar bensin berbedabeda menurut komposisinya. Ukuran dari daya bakar dapat dilihat dari bilangan
oktan setiap campuran.
Bilangan oktan (octane number) merupakan ukuran dari kemempuan
bahan bakar untuk mengatasi ketukan sewaktu terbakar dalam bensin. Nilai 0
ditetapkan untuk n-heptana yang mudah terbakar dan nilai 100 untuk isooktana
yang tidak mudah terbakar. Suatu campuran 12 b-heptana dan 88 isooktana akan
mempunyai bilangan oktan,
(12/100) x 0 + (88/100) x 100 = 88
Bilangan oktan bensin dapat ditentukan melalui uji pembakaran. Nama oktan
berasal dari oktana (C8), karena dari seluruh molekul penyusun bensin, oktana
memiliki sifat kompresi paling bagus; oktana dapat dikompres sampai volume
kecil tanpa mengalami permbakaran spontan, tidak seperti yang terjadi pada
heptana misalnya, yang dapat terbakar spontan meskipun baru ditekan sedikit.
Bensin dengan bilangan oktan 88, berarti bensin tersebut terdiri dari
campuran setara dengan campuran 88% oktana dan 12% heptana. Bensin ini akan
terbakar secara spontan pada tingkat kompresi tertentu yang diberikan, sehingga
diperuntukkan untuk mesin kendaraan yang memiliki rasio kompresi yang tidak
melebihi angka tersebut.
Adapun karakteristik umum daripada bensin, yaitu:
1. Mudah menguap pada temperatur normal (kamar)
2. Tembus pandang dan berbau
3. Mempunyai berat jenis yang rendah (0,71-0,77 kg/l)
4. Dapat melarutkan oli dan karet

Universitas Sumatera Utara

14
5. Menghasilkan jumlah panas yang besar (9.500-1-.500 kkal/kg)
6. Sedikit meninggalkan jelaga setelah dibakar
Cara kerja bensin di dalam kendaraan bermotor, yaitu:
1. Bensin dari tangki masuk ke dalam karburator. Kemudian bercampur
dengan udara. Pada mesin modern, peran karburator digantikan oleh
sistem injeksi. Sebuah sistem pembakaran yang bisa meminimalisir emisi
gas buang kendaraan.
2. Campuran bensin dan udara kemudian masuk ke dalam ruang bakar.
3. Selanjutnya campuran bensin dan udara yang sudah berbentuk gas, ditekan
oleh piston hingga mencapai volume yang sangat kecil.
4. Gas ini kemudian dibakar oleh percikan api dari busi.
5. Hasil pembakaran inilah yang menghasilkan tenaga untuk menggerakkan
kendaraan.
Adapun rumus kimia untuk pembakaran pada bensin premium adalah sebagai
berikut:
2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O
Pembakaran di atas diasumsikan semua bensin terbakar dengan sempurna.Namun,
Dalam kenyataannya, pembakaran gas di dalam mesin tidak berjalan dengan
sempurna. Salah satu masalah yangsering muncul adalah “ketukan di dalam
mesin”,

atau

disebut

denganknocking.

Jika

dibiarkan,

knocking

dapat

menyebabkan kerusakan pada mesin. Knocking terjadi karena campuran udara
dan bahanbakar terbakar secara spontan karena tekanan tinggi didalam mesin,
bukan karena percikan api dari busi.
Adapun penyebab dari ketukan ini ada beberapa macam, yaitu:
1. Pemakaian bensin yang tidak sesuai dengan spesifikasi mesin
2. Ruang bakar sudah kotor dan berkerak
3. Pengaturan pengapian yang kurang tepat
Untuk memperlambat pembakaran bahan bakar, dahulu digunakan senyawa Pb
seperti TEL (Tetra Ethyl Lead) dan MTBE (Methyl Tertiaty Butyl Eter). Oleh
karena Pb bersifat racun, maka penggunaannya sudah diganti dengan senyawa
organik seperti etanol.

Universitas Sumatera Utara

15
Idealnya, ketika bensin dibakar di dalam mesin kendaraan, akan menghasilkan
CO2 dan H2O saja. Namun kenyataannya pembakaran didalam mesin tidaklah
sempurna. Dalam proses pembakaran bensin, dihasilkan juga
1. Karbon monoksida (CO) yang merupakan gas beracun, dapat dengan
mudah terikat dengan hemoglobin darah membentuk COHb yang
membahayakan manusia.
2. Hidrokarbon (HC) yang tidak terbakar

2.4

(www.wikipedia.com/bensin)

Debu Vulkanik

Debuvulkanikmerupakanbahan

material

vulkanikjatuhan

yang

disemburkankeudarapadasaatterjadiletusan.Secaraumumkomposisidebuvulkanikte
rdiriatasSilikadanKuarsa

(Anda,

2010).Debuvulkanikinimerupakanleburanbagiandalamgunung

yang

terdiridaribatu-batu

yang

yang

hancur,

dikeluarkansaatletusangunungberapi,

mineral

dankacavulkanik

berdiameterkurangdari

2

mm.

Istilahdebuvulkanik
jugaseringdigunakanuntukmerujukkepadasemuaprodukletusan

eksplosif,

walaupunpartikelnyalebihbesar dari 2 mm. Debu vulkanik terbentuk selama
letusan gunung berapi ledakan ketika gas-gas terlarut dalam magma berekspansi
dan meluncur dengan kencang ke atmosfer. Kekuatan gas yang meluncur ini
menghancurkan magma dan mendorongnya ke luar di mana magma akan
mengeras menjadi fragmen-fragmen batuan vulkanik dan kaca .
Karena penyebarannya luas, debu dapat memiliki sejumlah dampak
terhadap masyarakat, termasuk: kesehatan manusia dan hewan, gangguan
terhadap penerbangan; gangguan terhadap infrastruktur kritis (misalnya, sistem
catu daya listrik, telekomunikasi, air dan jaringan air limbah, transportasi) ;
industri primer (misalnya, pertanian), bangunan dan struktur .
Kandungan yang ada pada debu vulkanik tidak jauh beda dengan pasir
yang materi pembentuknya adalah silikon dioksida (SiO2). Jenis-jenis mineral
hadir dalam debu vulkanik tergantung pada kimia magma dari mana itu meletus.
dengan mempertimbangkan bahwa unsur yang paling berlimpah ditemukan dalam

Universitas Sumatera Utara

16
magma adalah silika ( SiO2 ) dan oksigen , berbagai jenis magma yang dihasilkan
selama letusan gunung berapi yang paling sering dijelaskan dengan parameter
kandungan silikanya.
Silika (SiO2) maupun Kuarsa (Si) mempunyi sifat keras, dan tajam jika
dijadikan dalam ukuran nanometer, mempunyai sifat unggul yang sangat baik
untuk bahan campuran dalam pembuatan keramik. Penggunaan debu vulkanik
dapat mengganti penggunaan pasir sehingga jumlah penambangan pasir ikut
berkurang maka kerusakan lingkungan di sungai atau pantai dapat dikurangi (
Bisakimia, 2014 ).
2.5

GunungSinabung

Gunung Sinabung adalah gunung api di dataran tinggi karo, Kabupaten Karo,
Sumatera Utara. Gunung Sinabung bersama Gunung Sibayak di dekatnya adalah
dua gunung berapi aktif di Sumatera Utara dan menjadi puncak tertinggi si
provinsi Sumatera Utara. Ketinggian dari gunung Sinabung mencapai 2.460
meter. Gunung ini terletak pada koordinat 3°10′12″LU98°23′31″BT. Menurut data
geologinya, Gunung Sinabung merupakan jenis gunung

stratovolcano dan

diperkirakan usia dari batuan gunung ini merupakan batuan yang telah ada sejak
zaman pleistosen; berdasarkan lokasinya gunung ini berada pada sabuk/busur
vulkanik busur sunda.

Gambar 2.1 Gunung Sinabung (Dokumentasi Pribadi)

Universitas Sumatera Utara

17

2.5 Keramik
Keramik berasal dari bahasa Yunani “Keramos” atau “Keramikos” yang berarti
periuk atau belanga yang dibuat dari tanah.Sedangkan menurut istilah keramik
adalah semua barang atau benda yang dibuat dari bahan-bahan tanah liat
(lempung) yang mengalami suatu proses pengerasan dengan pembakaran pada
suhu tinggi(Astuti, 1997).

2.6 Bahan Keramik
Secara garis besar, bahan keramik adalah bagian utama dalam pembuatan keramik
dan bahan utamanya biasa disebut dengan bahan mentah keramik. Contoh bahan
mentah keramik alam seperti kaolin, tanah liat (clay), feldspar, kuarsa, dolomit,
pyrophilit, dan lain sebagainya. Sedangkan bahan keramik buatan seperti Mullit,
SiC, Borida, Nitrida, H3BO3 dan sebagainya (Jumiyati, 2005). Bahan pembuat
keramik dapat berupa bahan plastis dan bahan non plastis. Yang termasuk dalam
bahan plastis antara lain kaolin, clay, stoneware clay (tanah benda batu),
earthenware clay (tanah bata merah), fire clay (tanah api), serta bentonit.
Sedangkan bahan non plastis antara lain silika (SiO2) disebut juga glass former,
flint (SiO3), feldspar (KNaO.Al2O3.6SiO2), kapur (kalsit) dan magnesit (Cao dan
MgO), alumina (Al2O3) dan grog (Astuti, 1997).

2.6.1 Jenis Bahan Keramik
2.6.1.1 Kaolin
Kaolin ialah hasil suatu endapan atau pelapukan batuan granitik dan pengikisan
atau presihidrotermal, yang terdiri dari mineral kaolinit dan monmorillonit serta
mineral lain sebagai pengotor. Sebenarnya kaolin adalah salah satu jenis lempung
yang mengandung mineral kaolinit sebagai bagian terbesar dan termasuk jenis
lempung primer. Kaolin merupakan masa batuan yang tersusun dari material
lempung dengan kandungan besi yang rendah dan pada umumnya berwarna putih
atau agak keputihan. Kaolin mempunyai komposisi hidrous aluminium silikat
(2H2O.Al2O3.2SiO2), dengan disertai beberapa unsur pengotor. Dua proses

Universitas Sumatera Utara

18
geologi pembentukan kaolin (kaolinisasi) adalah proses pelapukan dan proses
pengikiran (presihidrotermal) batuan beku.
Mineral yang termasuk dalam kelompok kaolin adalah kaolinit, nakrit,
dikrit, dan halloysit, dengan kaolinit sebagai mineral utamanya. Halloysit
[Al2(OH)4.SiO5.2H2O] mempunyai kandungan air lebih besar, dan sering kali
membentuk endapan sendiri. Dalam endapan kaolin yang ekonomis tidak
ditemukan mineral seperti nakrit dan dikrit (Suhala dan Arifin, 1997).
Garis besar deretan reaksi atau perubahan fasa kaolin yang dipanaskan adalah
sebagai berikut:
a. Tahap pertama
Sekitar 500oC yaitu reaksi endotermis yang sehubungan dengan hilangnya
struktur air atau dehidrasi kaolinit dan pembentukan metakaolin,
2Al2O3.4SiO2
b. Tahap kedua
Sekitar 950oC yakni reaksi eksotermis, sehubungan dengan pengkristalan
yang cepat fasa bentuk jarum spinel, disebut γ-Al2O3, oleh Brinley dan
Nakahira dinyatakan dengan 2Al2O3.3SiO2.
c. Tahap ketiga
Sekitar 1050 – 1100oC, sehubungan dengan reaksi eksotermis kedua
dimana struktur bentuk jarum berubah menjadi fasa mullit dan selanjutnya
muncul kristobalit. Jika pemanasan diteruskan akhirnya mullit akan
mengkristal dengan baik dimana komposisinya 3Al2O3.2SiO2 (Syukur,
1982).
Adapun sifat-sifat fisis mineral kaolinit antara lain:
a. Berwarna putih dan agak keputihan karena kandungan besinya yang
rendah.
b. Berbutir kasar.
c. Kekerasan 2 – 2,5 skala Mohs.
d. Berat jenis 2,60 – 2,63 gr/ml.
e. Rapuh dan tidak plastis jika dibandingkan dengan tanah liat sekunder,
sehingga sulit dibentuk.
f. Mempunyai daya hantar panas dan listrik yang rendah.
g. pH bervariasi (Suhala dan Arifin, 1997; Astuti, 1997)

Universitas Sumatera Utara

19
Adapun spesifikasi kaolin untuk keramik ditunjukkan pada tabel 2.6.
Tabel 2.6 Spesifikasi Kaolin Untuk Keramik
Spesifikasi (%)
Analisis

Porselen

Saniter

Gerabah
Halus

Kasar

Kimia
Fe2O3
< 0,4
< 0,7
< 0,8
1,0
TiO2
< 0,3
< 0,7
CaO
< 0,8
< 0,8
< 0,8
0,8
SO3
< 0,3
< 0,2
< 0,4
0,4
Fisika
Besar butir
>80,0
>80,0
>80,0
>80,0
90,0
> 90,0
> 80,0
> 80,0
Kadar air
< 5,0
< 5,0
< 7,0
< 7,0
Sumber: Standar Industri Indonesia, Departemen Perindustrian
Karena jenis kaolin tidaklah begitu plastis, maka taraf penyusutan dan
kekuatan keringnya pun lebih rendah dan sangat tahan api, maka jenis mineral ini
tidak dapat dipakai begitu saja untuk pembuatan barang-barang keramik,
melainkan harus dicampur dahulu dengan bahan-bahan lainnya. Clay ditambahkan
untuk menambah keplastisan dan mineral feldspar ditambahkan untuk mengurangi
“ketahanan api: kaolin, karena bakaran kaolin sangat kuat; titik lelehnya mencapai
1800oC (Astuti, 1997).
Kaolin banyak digunakan dalam berbagai industri, baik sebagai bahan
utama maupun sebagai bahan bantu. Hal ini karena adanya sifat-sifat kaolin
seperti kehalusan, kekuatan, warna, daya hantar listrik dan panas yang rendah,
serta sifat-sifat lainnya (Suhala dan Arifin, 1997). Mutu kaolin ditunjukkan oleh
kemurnian kimianya, kecerahan warnanya, serta bentuk dan ukuran kristalnya
(Adhi, dkk, 2004).

2.6.1.2 Feldspar
Feldspar adalah nama kelompok mineral yang terdiri atas potassium, sodium dan
kalsium alumino silikat. Pada umumnya kelompok mineral ini terbentuk oleh
proses pneumatolistis dan hidrotermal. Feldspar ditemukan pada batuan beku,
batuan erupsi dan metamorfosa baik yang bersifat asam maupun basa.

Universitas Sumatera Utara

20
Berdasarkan keterdapatannya endapan feldspar dapat dikelompokkan menjadi 3
yaitu:
a. Feldspar primer
Yaitu feldspar yang terdapat dalam batuan granitis.
b. Feldspar diagengetik
Yaitu feldspar yang terdapat dalam batuan sedimen piroklastik.
c. Feldspar alluvial
Yaitu feldspar yang terdapat dalam batuan yang telah mengalami
metamorfosa.
Dari seluruh jenis feldspar diatas yang dikenal memiliki nilai ekonomis
adalah feldspar yang berasal dari batuan asam. Feldspar adalah mineral
alumina anhidrat silikat yang bersasosiasi dengan unsur kalium (K), natrium
(Na) dan kaslium (Ca) dalam perbandingan yang beragam.
Berdasarkan kandungan unsur-unsur tersebut secara mineralogi, feldspar
dapat diklasifikasikan menjadi dua kelompok mineral, yaitu:
a. Alkali feldspar
Kelompok alkali feldspar yaitu sanidin sebagai kalium-natrium feldspar dan
ortoklas sebagai natrium-kalium feldspar. Sedangkan ortoklas dan mikrolin
keduanya termasuk sanidin, namun masing-masing memiliki sistem kristal
monoklin, dan mikrolin memiliki sistem kristal triklin.
b. Plagioklas
Kelompok feldspar plagioklas terklasifikasikan mulai dari albit (natrium
feldspar) dengan komposisi Na : Ca sekitar 9 : 1 hingga anortit (kalsium
feldspar) dengan komposisi Na : Ca sekitar 1 : 9. Sebaliknya kombinasi
unsur-unsur K dengan Ca tidak pernah terjadi.
Seluruh jenis feldspar umumnya mempunyai sifat fisik yang hampir sama,
yaitu nilai kekerasan sekitar 5 – 6,5 skala Mohs dan berat jenisnya sekitar 2,4
– 2,8 gram/ml, sedangkan warna bervariasi mulai dari putih keabu-abuan,
merah jambu, coklat, kuning dan hijau.
Berdasarkan komposisi kimia, feldspar mempunyai rumus umum MZ4O8.
M adalah kation K+, Na+ atau Ca2+, kadang terdapat Ba2+ dan NH4+.

Universitas Sumatera Utara

21
Komponen Z adalah kation-kation Al3+ dan Si4+, tetapi sebagian digantikan
oleh Fe3+.
Tabel 2.7 Komposisi Kimia dan Sifat Fisik Feldspar
Komposisi Kimia Teoritis
Feldspar

Rumus

Ortoklas

K2O

Na2O

CaO

Al2O3

SiO2

K2O.Al2O3.6SiO2

16,9

-

-

18,4

64,7

Albit

Na2O.Al2O8.6SiO2

-

11,8

-

19,4

68,8

Anortit

CaO.Al2O8.6SiO2

-

-

20,1

36,62

43,2
8

Berat
Jenis
2,242,66
2,502,70
2,602,80

Kekerasan
6,0
6,0-6,5
6,0-6,5

Sumber: Suhala dan Arifin (1997)
Pada umumnya pengolahan feldspar adalah menghilangkan atau menurunkan
kadar material pengotor seperti: biotite, toumaline dan mika. Apabila kadar unsur
Fe2O3 telalu tinggi, maka akan mengakibatkan perubahan warna pada proses
pembuatan badan keramik. Sebagai conntoh, untuk pembuatan badan porselen
yang baik, apabila kadar Fe2O3 maksimum sebesar 0,5 %. Mutu feldspar
ditentukan oleh kandungan oksida kimia K2O dan Na2O yang relatif tinggi (diatas
6 %), Fe2O3 dan TiO2.
Feldspar digunakan diberbagai industri, banyak diperlukan sebagai bahan
pelebur atau pelekat pada suhu tinggi dalam pembuatan keramik halus seperti
barang pecah belah, saniter, insulator dan juga digunakan dalam industri
gelas/kaca. Pada industri keramik dan porselen sebagian besar feldspar sebagai
bahan badan materaial (Suhala dan Arifin, 1997).
Feldspar merupakan kelompok mineral yang dapat memberikan sampai 25 %
flux (pelebur) kepada badan keramik. Bila badan keramik dibakar, feldspar
meleleh (melebur) dan membentuk leburan gelas yang menyebabkan partikel
tanah dan bahan lainnya melekat satu sama lainnya. Bila bahan semacam gelas ini
membeku, bahan ini memberikan kekuatan dan kekukuhan pada badan keramik.
Hal ini terlihat jelas pada badan porselen yang

tampak seperti gelas karena

banyak mengandung feldspar (Astuti, 1997).

Universitas Sumatera Utara

22
Persyaratan feldspar untuk industri keramik berdasarkan SNI adalah :
Oksida
K2 + Na2O
Fe2O3 + maks
TiO2 + maks
CaO + maks

Feldspar untuk badan keramik
Gerabah halus padat
Porselen (%)
Saniter (%)
(Stone-ware) (%)
6,0 – 15,0
6,0 – 15,0
6,0 – 15,0
0,5
0,7
0,8
0,3
0,7
0,5
0,5
1,0
Tabel 2.8 SNI No. 1145-1984

2.6.1.3 Clay (Tanah Liat)
Tanah liat atau lempung adalah bahan utama pembuatan keramik. Tanah ini
adalah tanah yang berbentuk dari kristal-kristal. Bentuknya seperti lempengan
kecil-kecil hampir berbentuk persegi enam dengan permukaan yang datar. Bentuk
kristal seperti ini yang menyebabkan tanah liat bila dicampur dengam air
mempunyai sifat liat (plastis) dan mudah dibentuk. Dilihat dari sudut ilmu kimia,
tanah liat termasuk hidrosilikat alumina dan dalam keadaan murni mempunyai
rumus: Al2O3.2SiO2.2H2O dengan perbandingan berat dari unsur-unsurnya: 47 %
Silikon Dioksida (SiO2), 39 % Alumina (Al2O3) dan 14 % air (H2O) (Astuti,
1997).
Pada keadaan murninya, tanah liat mengandung butiran-butiran debu.
Umumnya unsur-unsur tambahan ini terdiri dari kuarsa, feldspar, dan sebagainya.
Sifat tanah liat yang berubah warna setelah dibakar sangat dipengaruhi oleh unsur
mineral yang terkandung. Semua jenis tanah liat mempunyai sifat-sifat yang khas
yaitu: bila dalam keadaan basah akan bersifat plastis, bila dalam keadaan kering
akan menjadi keras, sedang bila dibakar akan menjadi padat dan kuat. Warnawarna terjadi karena adanya unsur oksida besi dan unsur organis, yang biasanya
akan berwarna bakar kuning kecoklatan, coklat merah dan coklat tua. Biasanya
kandungan oksida besi sekitar 2-5 %. Tanah berwarna lebih gelap biasanya
matang pada suhu yang lebih rendah, kebalikannya adalah tanah berwarna terang
ataupun putih (Astuti, 1997).
Lempung (clay) adalah bahan galian yang terbentuk karena proses
pelapukan dari batuan lain menjadi endapan yang berbutir sangat halus. Jika

Universitas Sumatera Utara

23
endapan lempung masih terdapat pada batuan asalnya dan belum tertransportasi
disebut sebagai lempung residu, akan tetapi bila telah mengalami transportasi dan
diendapkan di tempat lain disebut sebagai lempung alluvial. Di Indonesia,
lempung sering tersebar cukup luas terutama sebagai endapan alluvial sungai.
Walaupun demikian, akumulasi endapan lempung berbeda-beda pada kondisi
yang berlainan, misalnya di daerah kering butiran-butiran lempung akan
diterbangkan oleh angin dan diendapkan di tempat yang jauh, sedangkan di daerah
basah dan lembab akan terbentuk endapan lempung yang cukup tebal (Andhi, dkk,
2004).
Karakteristik lempung (clay) adalah sebagai berikut:
a. Ukuran butir lempung dapat dikelompokkan sebagai berikut:
•

Clay

< 0,002 mm

•

Lumpur (silit)

0,002 mm – 0,06 mm

•

Pasir halus (fine sand)

0,06 mm – 0,2 mm

•

Pasir sedang (medium sand) 0,2 mm – 0,6 mm

•

Pasir kasar (coarse sand)

0,6 mm – 2,0 mm
(Abel Simoes, 1955)

b. Analisa kimia
Komposisi kimia yang terdapat dalam lempung menurut metode NLCE
(National Laboratory for Civil Engineering).
Tabel 2.9 Komposisi Kimia Lempung (sumber: NLCE, 1973)
Senyawa

Jumlah (%)

Silika (SiO2)
Alumina (Al2O3)
Besi oksida (Fe2O3)
Kalsium monoksida (CaO)
Magnesium monoksida (MgO)
Sulfu padar trioksida (SO3)
Potassium oksida (K2O)
Sodium oksida (Na2O)
H2O hilang pada suhu 105oC
H2O hilang pada pembakaran
diatas 105oC

61,43
18,99
1,22
0,84
0,91
0,001
3,21
0,15
0,6
12,65

Universitas Sumatera Utara

24
c. Plastisitas
Clay bila dicampur dengan air, memiliki plastisitas yang tinggi dan sangat
berguna dalam pemberian bentuk dan kekuatan selama proses pengeringan
dan pembakaran (Fius dan Budiono, 2002).
Tanah liat mempunyai sifat-sifat fisis dan kimia yang penting untuk
pembuatan keramik, yaitu:
a. Sifat liat (plastis)
Tanah liat dibentuk dengan mudah. Besar kecilnya partikel-partikel (butirbutir) tanah dan juga zat-zat organik seperti akar tumbuh-tumbuhan, zat
renik, dal lain sebagainya yang ada dalam tanah liat sangat berpengaruh
terhadap sifat plastisnya
b. Sifat pori
Tanah liat mengandung partikel-partikel pembentuk tanah yang terdiri dari
partikel halus dan partikel kasar. Perbandingan dan besar butir dalam tanah
sangat mempengaruhi sifat tanah tersebut. Tanah liat harus cukup porous
(berpori) agar:
•

Air plastis (air pembentuk: yaitu sejumlah air yang diberikan pada
tanah liat untuk dapat dibentuk) menguap dengan mudah pada waktu
dikeringkan. Pada saat ini akan terjadi penyusutan karena hilangnya
air pembentukan tadi. Penyusutan ini biasa disebut susut kering yaitu
susut pada waktu pengeringan. Besarnya angka penyusutan dari
bermacam-macam tanah liat berbeda-beda tergantung dari kehalusan
butirnya. Semakin halus butirannya makin banyak air pembentuk
yang dibutuhkan dan makin besar pula angka penyusutannya.

•

Air yang terikat secara kimia (yaitu air yang terkandung dalam tanah
liat itu sendiri secara alami) dengan mudah dapat dikeluarkan pada
waktu permulaan pembakaran sehingga terhindar dari letusan uap
dan retak-retak.

•

Bermacam gas yang disebabkan oleh pembakaran zat-zat organik
yang ada dalam tanah dapat keluar. Pada saat ini akan terjadi lagi
penyusutan yang disebut susut baker; makin halus butir-butir
tanahnya semakin besar pula susut bakarnya.

Universitas Sumatera Utara

25
c. Sifat menggelas
Tanah liat juga mengandung mineral-mineral lain yang dapat bertindak
sebagai bahan pembentuk bahan gelas saat dibakar. Tanah liat harus
menjadi padat, keras dan kuat (menggelas) pada suhu yang diperlukan untuk
pembuatan keramik. Sebenarnya penggelasan adalah suatu proses pencairan
bagian-bagian tertentu dari tanah liat mulai mencair menjadi gelas. (Astuti,
1997).
Termasuk dalam klasifikasi lempung untuk bahan keramik, adalah ball
clay yaitu lempung yang terdiri dari 49-60 % kaolinit, 18-33 % illit, 7-22 %
kuarsa dan 1-4 % material organik (karbon), plastisitas tinggi, kekuatan kering
tinggi, mengalami proses verifikasi yang panjang dan berwarna terang jika
dibakar. Bond clay adalah ball clay yang spesifikaasinya lebih rendah. Bond
clay/ball clay berasal dari endapan vulkanik klastik yang terperangkap dalam
lingkungan lakustrin (danau) sehingga sering berasosiasi dengan batu bara.
Sumber saya total ball clay yang diketahui di Indonesia hampir 180 juta ton
tersebar di 12 lokasi di provinsi Jambi, Bangka Belitung, Jawa Barat, Jawa
Tengah, Kalimantan Barat, dan Kalimantan Timur (Adhi, dkk, 2004).

2.6.1.4 Kuarsa
Pasir kuarsa adalah bahan galian yang terdiri atas kristal-kristal silika (SiO2) dan
mengandung senyawa pengotor yang terbawa selama proses pengendapan. Pasir
kuarsa juga dikenal dengan nama pasir putih yang merupakan hasil pelapukan
batuan yang mengandung mineral utama, seperti kuarsa dan feldspar. Hasil
pelapukan kemudian tercuci dan terbawa oleh air atau angin yang terendapkan di
tepi-tepi sungai, danau atau laut.
Pasir kuarsa mempunyai komposisi gabungan dari SiO2, Fe2O3, Al2O3,
TiO2, CaO, MgO dan K2O, berwarna putih bening atau warna lain bergantung
pada senyawa pengotornya, kekerasan bernilai 7 (skala Mohs), berat jenis 2,6
gr/ml, titik lebur 1750oC, bentuk kristal hexagonal, panas spesifik 0,185 dan
konduktivitas panas 12 – 1000oC.

Universitas Sumatera Utara

26
Dalam kegiatan industri, penggunaan pasir kuarsa sudah berkembang luas,
baik langsung sebagai bahan baku utama maupun sebagai bahan tambahan.
Penggunaan sebagai bahan baku utama, misalnya digunakan dalam industri gelas
kaca, semen, tegel, mosaik keramik, bahan baku ferro silikon, silikon karbida,
bahan abrasit (ampelas dan sand blasting). Sedangkan penggunaannya sebagai
bahan tambahan, misalnya dalam industri cor, industri perminyakan dan
pertambangan, bata/keramik tahan api (refraktori), dan lain sebagainya.
Cadangan pasir kuarsa terbesar terdapat di Sumatera Barat, potensi lain
terdapat di Kalimantan Barat, Jawa Barat, Sumatera Selatan, Kalimantan Selatan
dan Pulau Bangka dan Belitung (www.tekmira.esdm.go.id).
2.7 Keramik Berpori
Keramik berpori dikenal juga sebagai keramik seluler, mulai dikembangkan pada
tahun 1970-an. Keramik jenis ini terdiri atas jenis material berpori yang tahan
akan panas dengan bentuk seperti pori gas. Ukuran pori yang didapat berkisar
dalam orde angstrom dan milimeter, porositas umumnya pada rentang dari 20%
sampai 90% dan variasi suhu mencapai 1600oC.

2.7.1

Klasifikasi Keramik Berpori

Pada umumnya, keramik berpori dapat dibagi menjadi dua, yaitu: keramik sarang
lebah (honeycomb) (gambar 2.2) dan keramik busa (foam) (gambar 2.3). Bentuk
keramik honeycomb memiliki pori polygonal columnar yang terbentuk dari
susunan dua dimensi (gambar 2.2), dan keramik busa memiliki pori dengan
bentuk lubang polyhedron yang terbentuk dari susunan tiga dimensi. Gambar
menunjukkan dua keramik busa dengan struktur pori yang berbeda, keduanya
terbuat dari senyawa-senyawa oksida.

Universitas Sumatera Utara

27

Gambar 2.2 Keramik Honeycomb

Gambar 2.3 Keramik Foam

Ada dua jenis keramik busa: keramik busa rongga sel terbuka dan keramik
busa seperti gelembung dengan rongga sel tertutup. Saat bagian padat membentuk
badan busa yang hanya terdiri dari topangan pori, pori-pori yang terhubung akan
membentuk struktur rongga, menghasilkan keramik busa rongga sel terbuka. Bila
pori-pori terpisah oleh dinding sel yang padat, akan terbentuk keramik busa
dengan rongga sel tertutup. Perbedaan jenis keramik busa ini dapat dengan jelas
dilihat dengan membandingkan kemampuan penetrasi fluida. Perbedaan antara
dua jenis ini bergantung pada apakah pori terbungkus oleh dinding sel padat apa
tidak. Juga terdapat keramik busa dengan rongga sel setengah. Namun, beberapa
keramik busa bisa memiliki baik pori terbuka maupun tertutup.
Kerapatan bulk dan termal konduktivitas dari struktur pori relatif rendah,
sebaik mungkin berbeda tingkat kemampuan penetrasi fluida namun menjadi
tinggi pada badan keramik busa rongga terbuka. Pencocokan bahan material
keramik dengan baik sebagai persiapan pembuatan, keramik berpori dapat dibuat
dengan kekuatan mekanik yang relatif tinggi, tahan korosi dan stabil dibawah
suhu yang tinggi dan memenuhi tingkat kekerasan yang diinginkan.
Keramik berpori dapat juga diklasifikasikan menurut ukuran porinya,
sebagai berikut:
•

Material mikropori, untuk ukuran pori kurang dari 2 nm

•

Material mesopori, untuk ukuran pori 2-50 nm

•

Material makropori, untuk ukuran pori lebih dari 50 nm.

Universitas Sumatera Utara

28
Standar pengklasifikasian ini belum disetujui karena aturan tentang
penggunaan material berpori bisa berbeda tiap-tiap negara.
Menyoroti perbedaan jenis klasifikasi diatas, terdapat beberapa jenis
keramik berpori yaitu: silikat, aluminosilikat, diatomit, karbon, korundum, silikon
karbida dan koediet.
Keramik busa merupakan bagian penting dari keramik berpori dan jenis
keramik busa rongga terbuka, merupakan jenis baru dari keramik dengan tingkat
porositas yang tinggi memiliki tiga dimensi, struktur rongga pori yang terhubung,
menghasilkan spesifik area permukaan yang sangat baik, efisiensi kontak fluida
yang tinggi, dan sedikit tekanan fluida yang hilang. Fakta menunjukkan, material
keramik berpori memiliki pori-pori yang terhubung dan lubang-lubang kapiler dan
memiliki spesifikasi energi permukaan dalam, sehingga sangat baik dalam hal
filtrasi dan adsorpsi.
Keramik berpori dapat digunakan pada banyak bidang seperti metalurgi,
rekayasa kimia, proteksi lingkungan, energi dan biologi, untuk setiap
penerapannya seperti filtrasi leburan logam, pemurnian gas bersuhu tinggi dan
sebagai katalis. Selain itu, porositas, densitas, kemampuan penetrasi materialmaterial tersebut dapat diatur dengan teknik pemrosesan yang beragam dan
biasanya digunakan jenis material termasuk alumina dan koerdierit. Koerdierit
digunakan sebagai bahan baku dengan tujuan utama untuk meningkatkan
ketahanan terhadap fluktuasi suhu suatu produk, dan alumina digunakan untuk
meningkatkan kekuatan material dan kestabilan termal. Sebagai kebutuhan
kestabilan termal yang tinggi untuk setiap produk, juga dapat dibuat silikon nitrida
berpori dan keramik silikonkarbida.
Penelitian keramik berpori telah berkembang dan banyak penerapan
teknologi telah menjadi mungkin untuk setiap material dalam prakteknya. Pada
beberapa area (seperti energi dan proteksi lingkungan), aplikasi keramik berpori
dapat menguntungkan secara ekonomi dan sosial.

Universitas Sumatera Utara

29

1.7.1

Karakteristik Keramik Berpori

Keramik berpori memiliki beberapa karakteristik umum, yaitu:
a. Stabilitas kimiawi baik.
Pemilihan material dan teknik yang tepat dapat membuat produk keramik
berpori yang cocok buat beragam kondisi korosif dalam produk yang
diharapkan fungsinya.
b. Ketahanan spesifik dan kekauan baik.
Bentuk dan ukuran pori dalam keramik berpori tidak akan berubah dibawah
tekanan gas, tekanan cairan, dan bentuk-bentuk tekanan lainnya.
c. Stabilitas termal yang baik
Produk keramik berpori dibuat dari keramik tahan panas yang dapat
menyaring leburan baja atau pembakaran gas suhu tinggi.
Keunggulan karakteristik yang menjanjikan dimasa depan buat keramik
berpori digunakan pada beragam aplikasi, sehingga material tersebut dapat
digunakan pada banyak bidang termasuk rekayasa kimia, proteksi lingkungan,
sumber energi, metalurgi, dan industri elektronik. Pada spesifik kasus untuk setiap
keramik berpori sesuai, bergantung pada komposisi dan struktur produk. Pertama,
keramik berpori digunakan sebagai filtrasi material untuk menyaring bakteri dan
mikroorganisme. Pengendalian peningkatan pori keramik, menghasilkan produk
secara berangsur-angsur digunakan pada banyak aplikasi, termasuk separasi,
dispersi, dan adsorpsi dan pada banyak bidang industri, termasuk rekayasa kimia,
peleburan logam, petroleum, tekstil, farmasi dan mesin industri makanan. Juga
keramik berpori telah digunakan untuk meningkatkan sensitivitas komponen,
tulang buatan, materaial akar gigi dan materaial pnyerap/peredan suara (Liu P.S
dan Chen, G.F, 2014).

2.8 Karbon Aktif
Arang aktif atau karbon aktif adalah karbon tak berbentuk yang diolah secara
khusus untuk menghasilkan luas permukaan yang sangat besar, berkisar antara
300-2000 m2/gr. Luas permukaan yang besar dari struktur dalam pori-pori karbon
aktif dapat dikembangkan, struktur ini memberikan kemampuan karbon aktif

Universitas Sumatera Utara

30
menyerap (absorb) gas-gas dan uap-uap dari gas dan dapat mengurai zat-zat dari
liquida (Kirk Orthmer, 1992).
Karbon aktif pertama kali menjadi populer karena penggunaannya sebagai
adsorben dalam masker gas pada Perang Dunia I. Penggunaan karbon aktif jenis
adsorben uap pertama kali digunakan sebagai masker pelindung gas-gas beracun,
dan sekarang banyak dipakai sebagai masker gas pada industri dan militer.. Luas
permukaan spesifik karbon aktif berkisar antara 300 sampai 2500 m2/gr. Kuantitas
bahan yang diserap oleh karbon aktif sangat besar, dan uap seperti uap bensin,
benzena, dan karbon tetraklorida yang diserapnya dapat mencapai seperempat
berat bahkan sama dengan berat adsorbennya. Bahan-bahan yang diserap sangat
bergantung pada luas permukaan dan volume pori. Struktur pori menyebabkan
ukuran molekul yang dapat diserap menjadi terbatas, sedangkan jika ukuran
partikel tidak menjadi masalah, kuantitas bahan yang diserap dibatasi oleh luas
permukaan adsorben (Harsanti Dini, 2010). Adapun standar kualitas karbon aktif
di Indonesia dapat dilihat pada tabel 2.10.
Tabel 2.10 . Standar Kualitas Karbon Aktif Menurut SNI 06-3730-1995
Uraian

Prasyarat Kualitas (%)
Butiran
Serbuk

Bagian yang hilang pada
pemanasan 950oC

Maks. 15

Maks. 25

Konsentrasi air
Konsentrasi abu
Karbon aktif murni
Daya serap terhadap larutan I2

Maks. 4,5
Maks. 2,5
Min. 80
Min. 20

Maks. 15
Maks. 10
Min. 65
Min. 20

Sifat fisika karbon aktif yang paling penting adalah luas permukaan.
Aktivasi adalah perubahan fisika dimana perubahan karbon itu menjadi jauh lebih
banyak karena hidrokarbonnya disingkirkan. Ada beberapa metode yang dapat
digunakan dalam melakukan aktivasi. Cara yang paling umum digunakan adalah
perlakuan bahan berkarbon dengan gas pengoksidasi seperti udara, uap dan
karbonasi bahan baku dengan bahan kimia dengan seng klorida atau asam fospat.
Hampir seluruh karbon aktif yang dibuat di Amerika Serikat dibuat dengan

Universitas Sumatera Utara

31
metode aktivasi uap pemanas. Metode aktivasi kimia masih banyak digunakan di
Eropa dan negara-negara lain (Harsanti Dini, 2010).

2.9

Absorbsi

Absorpsi adalah terserapnya atau terikatnya suatu substansi pada permukaan yang
dapat menyerap. Absorbsi dapat terjadi diantara zat padat dan zat cair, zat padat
dengan gas, zat cair dengan zat cair dan zar cair dengan gas.
Absorbsi terjadi karena molekul-molekul pada permukaan zat yang
memiliki gaya tarik dalam keadaan tidak setimbang yang cenderung tertarik
kearah dalam (gaya kohesi absorben lebih besar dari gaya adhesinya).
Ketidakseimbangan gaya tarik tersebut mengakibatkan zat yang digunakan
sebagai absorben cenderung menarik zat-zat lain yang bersentuhan dengan
permukaannya.
Berdasarkan interaksi molekular antara permukaan adsorbent dengan
absorbet, absorbsi dibagi menjadi dua bagian, yaitu absorbsi fisika dan absorbsi
kimia. Absorbsi fisika terjadi bila gaya intermolekuler lebih besar dari gaya tarik
antar molekul atau gaya tarik menarik yang relatif lemah antara absorbet dengan
permukaan absorbent, gaya ini disebut gaya Van der Waals. Adsorbsi ini
berlangsung cepat, dapat membentuk lapisan jamak (multilayer), dan dapat
bereaksi balik (reversible) karena energi yang dibutuhkan relatif rendah.
Absorbsi kimia terjadi karena adanya reaksi antara molekul-molekul
absorbet dengan adsorbent dimana terbentuk ikatan kovalen dengan ion. Gaya
ikat absorbent ini bervariasi tergantung pada zat yang bereaksi. Absorbsi jenis ini
bersifat

irreversible

dan

hanya

dapat

membentuk

lapisan

tunggal

(monolayer)(Moressi, 1978).

2.10 Porositas
Porositas merupakan

satuan yang menyatakan keporian suatu material yang

dihitung dengan mencari persen (%) berdasarkan daya serap bahan terhadap air
dengan perbandingan volume air yang diserap terhadap volume total sampel.
Secara matematis dapat dirumuskan sebagai berikut :

Universitas Sumatera Utara

32

% Porositas =
dengan:

(� � − � � )
� �� � � ��

� 100%

(2.1)

mb

= massa basah (gr)

mk

= massa kering (gr)

ρ

= massa jenis (gr/cm3)

Vt

= volume total sampel (cm3)

Porositas dapat diatur dengan menambahkan bahan aditif dan bahan lain
yang dapat menghasilkan gas pada saat dibakar sehingga meninggalkan rongga
yang disebut pori. Semakin besar porositas suatu material, maka semakin rendah
pula kekuatan mekaniknya.

2.11 Densitas
Densitas pada material didefenisikan sebagai perbandingan antara massa (m)
dengan volume (V).
Densitas dinyatakan dalam gr/cm3 dan dilambangkan dengan ρ (rho)
ρ=
dengan:

�

(2.2)

�

m = massa (gr)
V = volume (cm3)
ρ = densitas (gr/cm3)

2.12 Kekerasan
Kekerasan didefenisikan sebagai ketahanan bahan terhadap penetrasi pada
permukaan, namun pada umumnya kekerasan menyatakan ketahanan terhadap
deformasi plastis karena pada bahan yang ulet kekerasan memiliki hubungan yang
sejajar dengan kekuatan. Untuk menguji kekerasan suatu material bisa digunakan
berbagai macam cara, salah satu diantaranya adalah metode Vickers.
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 dari tabel korelasi nilai kekerasan Brinell, Rockwell dan Vickers .

Universitas Sumatera Utara

33

Hv = 1,854
dengan :

�����

(2.3)

�2

d = panjang rata-rata garis diagonal (mm)
P = beban penekanan (grf)

2.13 Kuat Tekan
Kuat tekan didefenisikan sebagai ketahanan suatu bahan terhadap pembebanan
yang dilakukan sampai bahan tersebut pecah. Secara umum kuat tekan suatu
material diketahui melalui formula:
Kuat tekan, τ =

�����

(2.4)

�

dengan : Pmaks = beban tekan maksimum (kgf)
= luas penampang (mm2)

A

2.14 Susut Massa
Susut massa merupakan perbandingan perubahan massa dengan massa sampel
sebelum dilakuk