Pengaruh Variasi Campuran Dan Holding Time Terhadap Keramik Berpori Berbahan Dasar Tanah Lempung Dan Arang Aktif Sebagai Filter Uap Air
i
PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN HOLDING TIME
TERHADAP KERAMIK BERPORI BERBAHAN DASAR
TANAH LEMPUNG DAN ARANG AKTIF SEBAGAI FILTER
UAP AIR
SKRIPSI
Diajukan Oleh :
FRANSISKUS WARUWU
100801019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN HOLDING TIME
TERHADAP KERAMIK BERPORI BERBAHAN DASAR
TANAH LEMPUNG DAN ARANG AKTIF SEBAGAI FILTER
UAP AIR
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
FRANSISKUS WARUWU
100801019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PERSETUJUAN
Judul
:
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
:
:
:
:
:
:
PENGARUH VARIASI
CAMPURAN DAN HOLDING
TIME TERHADAP KERAMIK
BERPORI BERBAHAN DASAR
TANAH LEMPUNG DAN ARANG
AKTIF SEBAGAI FILTER UAP
AIR
SKRIPSI
FRANSISKUS WARUWU
100801019
SARJANA (S1) FISIKA
FISIKA
MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAM (FMIPA)
USU
Disetujui di:
Medan, Maret 2017
Komisi Pembimbing
Pembimbing 2
Pembimbing 1
Dr.Anwar Dharma Sembiring, MS
NIP.1954081719830331005
Dr. Susilawati, S.Si M.Si
NIP. 197412072000122001
Disetujui Oleh,
Departemen Fisika FMIPA USU,
Ketua
Prof.Dr. Marhaposan Situmorang
Universitas Sumatera Utara
ii
NIP: 1955103019801310
PERNYATAAN
PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN HOLDING TIME
TERHADAPA KERAMIK BERPORI BERBAHAN DASAR
TANAH LEMPUNG DAN ARANG AKTIF SEBAGAI FILTER
UAP AIR
SKRIPSI
Saya mengaku bahwa skripsi ini adaah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Maret 2017
FRANSISKUS WARUWU
100801019
Universitas Sumatera Utara
iii
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Yang Maha Kuasa pencipta langit
dan bumi, Tuhan Yesus Kristus sang juru selamat, Allah Roh Kudus sang
penuntun, Bunda Maria sang bunda orang beriman dan Santo Fransiskus dari
Asisi pelindung kudus atas berkat perlindungan serta pertolongan yang diberikan
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Variasi
Campurandan Holding Time Terhadap Keramik Berpori Berbahan Dasar Tanah
Lempung dan Arang Aktif sebagai Filter Uap Air. Skripsi ini penulis susun
sebagai syarat akademis studi program S-1 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
Penulis juga tak lupa mengucapkan terima kasih yang terhingga kepada
pihak pihak yang telah banyak memberikan bantuan, motivasi, ide, saran dan
bimbingan sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu, penulis
menghaturkan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Runtung Sitepu,S.H M.Hum selaku Rektor Universitas
Sumatera Utara atas kesempatan yang diberikan kepada penulis menimba
ilmu di kampus Universitas Sumatera Utara hingga menyelesaikan
pendidikan S-1 Fisika.
2. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Universitas Sumatera Utara atas kesempatan dapat
menempuh kuliah di FMIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Prof. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika
S-1.
4. Ibu Dr. Susilawati, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing I yang sudah
sangat banyak membantu, mengarahkan, memotivasi, memberikan ide
kreatif dan dengan penuh perhatian dan kesabaran tak pernah menyerah
memberi harapan kepada penulis. Terima kasih yang sebesar besarnya atas
perhatian dan kesabaran Ibu.
Universitas Sumatera Utara
iv
5. Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS selaku Dosen Pembimbing II
yang telah banyak membantu dari sisi teknis lapangan dalam penelitian.
Terima kasih banyak Bapak atas pengetahuan tentang keramik yang
diberikan dan semangat Bapak dalam berdiskusi dan membuka wawasan
penulis.
6. Kepada Kakak Finnysa Zebua, S.Pd M.Si yang telah banyak berbagi
pengalaman penelitian, teknis di lapangan dan banyak meluangkan waktu
mengawasi penelitian penulis. Terima kasih sebanyak banyaknya penulis
ucapkan.
7. Terima kasih banyak kepada laboran dan petugas laboratorium. Kak Ayu
di Laboratorium Kimia Dasar USU, Bu Syafitri dan Pak Barry di
Laboratorium Material Test PTKI Medan, Kak Riana di Laboratorium
Material Unimed serta Bapak Tulus Ikhsan Nasution di Laboratorium
Terpadu atas kesempatan untuk dapat menyelesaikan penelitian dan
bantuan selama menjalaninya.
8. Terima kasih yang sebesar besarnya kepada keluarga penulis. Kepada
Bapak Robert H. Waruwu serta Ibu Mida Gurning yang tak pernah
berhenti berharap, mendoakan, mendidik dan tak lelah mengingatkan
penulis bahwa pendidikan sangat penting. Terima kasih Bapak dan Mama
jasamu tak akan pernah terbalas. Kepada Kakak Domuria Waruwu, Adik
adik Hermanto Waruwu, Magnus P. Waruwu, Agnes N.S Waruwu dan
Friska F. Waruwu yang tetap setia dan menyemangati penulis.
9. Seluruh pegawai dan staff Departemen Fisika serta Dekanat FMIPA atas
bantuan membantu proses selama penulis menjalani perkuliahan.
10. Terima kasih kepada teman teman Physic Inside 2010. Penulis belum
pernah mendapatkan teman seperti kalian. Terima kasih kalian selalu ada
dan selalu menyemangati. Sukses buat kita semua.
11. Terima kasih kepada keluarga besar Ikatan Mahasiswa Fisika FMIPA
USU. Tanpa kalian hidup perkuliahan tak akan pernah berwarna.
12. Terima kasih juga kepada pihak-pihak yang lain yang tidak bisa penulis
sebutkan satu persatu namanya yang telah banyak mengorbankan waktu,
tenaga, materi, doa dan motivasi.
Universitas Sumatera Utara
v
Penulis mendoakan kepada Tuhan agar dilimpahi rejeki, kesehatan dan
dibalaskan setiap kebaikan kepada tiap-tiap orang. Adapun juga penulis sadar dan
memahami bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, untuk itu penulis
memohon saran dan kritik yang membangun. Akhir kata penulis berharap dengan
skripsi ini dapat memberikan sumbangsih kepada dunia penelitian fisika pada
khususnya dan dunia ilmu pengetahuan pada umumnya.
Hormat Penulis,
Fransiskus Waruwu
Universitas Sumatera Utara
vi
PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN HOLDING TIME TERHADAP
KERAMIK BERPORI BERBAHAN DASAR TANAH LEMPUNG DAN
ARANG AKTIF SEBAGAI FILTER UAP AIR
ABSTRAK
Telah dibuat keramik berpori berbahan dasar tanah lempung dan arang aktif
dengan teknik cor. Tanah lempung dan arang aktif diayak dengan ayakan 200
mesh. Tanah lempung diaktivasi kimia menggunakan larutan H2SO4 6% dengan
magnetic and hot plate stirrer serta diaktivasi fisika pada suhu 300 0C. Keramik
dicetak dengan teknik slip casting dengan perbandingan variasi campuran tanah
lempung : arang aktif 100% : 0% ; 90% : 10% ; 80% : 20% ; 70% : 30% dan 60%
: 40%. Keramik disintering dengan suhu sintering 1000 0C dengan variasi holding
time 2 jam ; 3 jam dan 4 jam. Keramik dikarakterisasi untuk menentukan sifat
fisis (serapan air dan porositas), sifat mekanis (kuat tekan dan kekerasan),
morfologi permukaan dan ukuran pori (SEM), kandungan unsur (EDX). Hasil
karakterisasi menunjukkan bahwa variasi optimum terjadi pada campuran tanah
lempung dan arang aktif 80% : 20% dengan holding time 2 jam dengan nilai
serapan air = 36,27% ; porositas = 50,74% ; kuat tekan = 9,8 MPa dan kekerasan
= 184,73 MPa. Morfologi permukaan (SEM) menunjukkan bahwa variasi
optimum memiliki pori yang lebih banyak dan tersebar merata dengan ukuran
diameter pori rata-rata = 8,606 µm serta kandungan unsur (EDX) yaitu unsur O =
58,11% ; Si = 24,04% ; Al = 12,33% ; Na = 3,06% ; K = 2,51% ; Ca = 2,22 % ; Fe
= 2,01% ; Mg = 1,60% dan C
= 1,54%. Pengujian daya adsorpsi uap air
menunjukkan nilai konsentrasi hidrogen maksimum yang dilewatkan = 61,87%
pada menit ke – 77 dengan tegangan keluaran maksimum = 3,09 Volt pada menit
ke – 98.
Kata kunci : lempung, arang aktif, keramik berpori, filter, adsorpsi uap air.
Universitas Sumatera Utara
vii
INFLUENCE OF VARIED COMPOSITION AND HOLDING TIME ON
POROUS CERAMIC BASED ON LOAM AND ACTIVATED CHARCOAL
AS WATER VAPOR FILTER
ABSTRACT
Fabrication of porous ceramic based on loam and activated charcoal had been
done using slip casting method. Loam and activated charcoal sifted with 200 mesh
sized sieve. Loam was activated chemically with 6% H2SO4 solution using
magnetic and hot plate stirrer and also activated physically with heated in 300 0C.
Ceramic molded with slip casting method and mixed up with varied composition
ratio of loam and activated charcoal 100% : 0% ; 90% : 10% ; 80% : 20% ; 70% :
30% and 60% : 40% . Ceramic sintered with 10000C sintering temperature and
varied holding time 2 hours ; 3 hours and 4 hours. Ceramic characterized wi.
From the examination, the value of physical properties measured as water
absorption and porosity and also from mechanical properties measured as pressure
strength and hardness given an optimum value in ceramic that varied in
composition of loam and activated charcoal in 80% : 20% and sintered with
varied holding time 2 hours. Ceramic characterized to determine physical
properties (water absorption and porosity), mechanical properties (compressive
strength and hardness), surface morphology and pore size (SEM), elemental
mapping (EDX). Result of characterization show that optimum variation occurs
on loam and activated charcoal composition 80% : 20% with 2 hours holding time
with water absorption = 36,27%; porosity = 50,74%; compressive strength = 9,8
MPa and hardness = 184,73 MPa. Surface morphology (SEM) shows that
optimum variation has more pores and spread equally with average pore size =
8.606 µm and also elemental mapping (EDX) are O = 58,11% ; Si = 24,04% ; Al
= 12,33% ; Na = 3,06% ; K = 2,51% ; Ca = 2,22 % ; Fe = 2,01% ; Mg = 1,60%
and C = 1,54%. Water vapor adsorption test show that maximum hydrogen
Universitas Sumatera Utara
viii
concentration passed = 61.87% in 77th minutes with output voltage = 3.09 Volt in
98th minutes.
Keywords : loam, activated charcoal, porous ceramic, filter, water vapor
adsorption.
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
vi
Abstract
vii
Daftar Isi
ix
Daftar Tabel
xii
Daftar Gambar
xiii
Daftar Persamaan
xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
4
1.3 Batasan Masalah
4
1.4 Tujuan Penelitian
5
1.5 Manfaat Penelitian
5
1.6 Sistematika Penulisan
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 Lempung (Tanah Liat)
7
2.2 Jenis-jenis Lempung
9
2.3 Arang Aktif
16
2. 4 Keramik
19
2.5 Keramik Berpori
22
2.6 Pengujian Sifat Fisis Keramik
25
2.6.1 Serapan Air
25
Universitas Sumatera Utara
x
2.6.2 Porositas
26
2.7 Pengujian Sifat Mekanis Keramik
26
2.7.1 Kuat Tekan
26
2.7.2 Kekerasan
27
2.8 Analisa Mikrostruktur Keramik
27
2.8.1 SEM-EDX (Scanning Electron Microscope Energy
27
Dispersive X-Ray Spectometer)
2.9 Uji Daya Adsorpsi Uap Air
28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
30
3.1 Tempat Penelitian
30
3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian
30
3.2.1 Peralatan
30
3.2.2 Bahan
32
3.3 Prosedur Penelitian
32
3.4 Diagram Alir Penelitian
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
37
4.1 Hasil Pengujian Sifat Fisis Keramik Berpori
37
4.1.1 Serapan Air
37
4.1.2 Porositas
39
4.2 Hasil Pengujian Sifat Mekanis Keramik Berpori
41
4.2.1 Kuat Tekan
41
4.2.2 Kekerasan
43
4.3 Hasil Karakterisasi Scanning Electron Microscope
45
– Energy Dispersive (X – Ray)
4.3.1 Morfologi Permukaan
45
4.3.2 Ukuran Diameter Pori
47
4.3.3 Kandungan Unsur
49
4.4 Hasil Pengujian Daya Adsorpsi Permukaan Uap Air
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
54
57
Universitas Sumatera Utara
xi
5.1 Kesimpulan
57
5.2 Saran
58
DAFTAR PUSTAKA
59
LAMPIRAN
61
LAMPIRAN A (DATA DAN CONTOH PERHITUNGAN)
62
LAMPIRAN B (DOKUMENTASI PENELITIAN)
81
LAMPIRAN C (KARAKTERISTIK TANAH LEMPUNG
90
DESA IRAONOGEBA KECAMATAN MOROÓ
KABUPATEN NIAS BARAT)
LAMPIRAN D (KARAKTERISTIK ARANG AKTIF
96
AQUASORB ®1000)
Universitas Sumatera Utara
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.A DATA PENGUKURAN SERAPAN AIR
62
Tabel 2.A DATA PENGUKURAN POROSITAS
64
Tabel 3.A DATA PENGUKURAN KUAT TEKAN
66
Tabel 4.A DATA PENGUKURAN KEKERASAN
68
Tabel 5.A DATA PENGUKURAN ADSORPSI UAP AIR
71
CAMPURAN 80% : 20% DENGAN HOLDING TIME 2 JAM
Tabel 6.A DATA PENGUKURAN ADSORPSI UAP AIR
76
CAMPURAN 90% : 10% DENGAN HOLDING TIME 4 JAM
Tabel 7.A DATA VARIASI MASSA CAMPURAN
80
Universitas Sumatera Utara
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Segitiga Tekstur Tanah
8
Gambar 2.2 Diagram Struktur Lapisan Oktahedron
10
Gambar 2.3 Diagram Struktur Lapisan Tetrahedron
10
Gambar 2.4 Diagram Struktur Kaolinte
11
Gambar 2.5 Diagram Struktur Smectite
12
Gambar 2.6 Diagram Struktur Illite
13
Gambar 2.7 Diagaram Struktur Chlorite
14
Gambar 2.8 Diagram Struktur Palygorskite dan Sepiolite
15
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
35
Gambar 4.1 Grafik Variasi Campuran vs Serapan Air
37
Gambar 4.2 Grafik Variasi Campuran vs Porositas
39
Gambar 4.3 Grafik Variasi Campuran vs Kuat Tekan
41
Gambar 4.4 Grafik Variasi Campuran vs Kekerasan
43
Gambar 4.5 Hasil Pengamatan SEM untuk Sampel dengan Campuran
46
80% : 20% dengan Holding Time 2 Jam pada
Perbesaran 500 kali.
Gambar 4.6 Hasil Pengamatan SEM untuk Sampel dengan Campuran
46
90% : 10% dengan Holding Time 4 jam pada
Perbesaran 500 kali
Gambar 4.7 Hasil Pengamatan SEM untuk Sampel dengan Campuran
47
80% : 20% dengan Holding Time 2 Jam pada
Perbesaran 1500 kali Beserta Ukuran Pori
Gambar 4.8 Hasil Pengamatan SEM untuk Sampel dengan Campuran
48
90% : 10% dengan Holding Time 4 Jam pada
Perbesaran 1500 kali Beserta Ukuran Pori
Gambar 4.9 Hasil Pembacaan Kandungan Unsur EDX Sampel
50
dengan Campuran 80% : 20% dengan holding time 2 jam
Universitas Sumatera Utara
xiv
pada Perbesaran 1000 kali
Gambar 4.10 Hasil Pembacaan Kandungan Unsur EDX Sampel
52
dengan Campuran 90% : 10% dengan holding time 4 jam
pada Perbesaran 1000 kali
Gambar 4.11 Grafik Waktu Pengujian Daya Adsorpsi Uap Air
54
Berdasarkan Konsentrasi Hidrogen
Gambar 4.12 Grafik Waktu Pengujian Daya Adsorpsi Uap Air
56
Berdasarkan Tegangan Keluaran
Universitas Sumatera Utara
xv
DAFTAR PERSAMAAN
Halaman
Persamaan 2.1 Serapan Air
26
Persamaan 2.2 Porositas
26
Persamaan 2.3 Kuat Tekan
26
Persamaan 2.4 Kekerasan
27
Universitas Sumatera Utara
PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN HOLDING TIME
TERHADAP KERAMIK BERPORI BERBAHAN DASAR
TANAH LEMPUNG DAN ARANG AKTIF SEBAGAI FILTER
UAP AIR
SKRIPSI
Diajukan Oleh :
FRANSISKUS WARUWU
100801019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN HOLDING TIME
TERHADAP KERAMIK BERPORI BERBAHAN DASAR
TANAH LEMPUNG DAN ARANG AKTIF SEBAGAI FILTER
UAP AIR
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
FRANSISKUS WARUWU
100801019
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PERSETUJUAN
Judul
:
Kategori
Nama
Nomor Induk Mahasiswa
Program Studi
Departemen
Fakultas
:
:
:
:
:
:
PENGARUH VARIASI
CAMPURAN DAN HOLDING
TIME TERHADAP KERAMIK
BERPORI BERBAHAN DASAR
TANAH LEMPUNG DAN ARANG
AKTIF SEBAGAI FILTER UAP
AIR
SKRIPSI
FRANSISKUS WARUWU
100801019
SARJANA (S1) FISIKA
FISIKA
MATEMATIKA DAN ILMU
PENGETAHUAN ALAM (FMIPA)
USU
Disetujui di:
Medan, Maret 2017
Komisi Pembimbing
Pembimbing 2
Pembimbing 1
Dr.Anwar Dharma Sembiring, MS
NIP.1954081719830331005
Dr. Susilawati, S.Si M.Si
NIP. 197412072000122001
Disetujui Oleh,
Departemen Fisika FMIPA USU,
Ketua
Prof.Dr. Marhaposan Situmorang
Universitas Sumatera Utara
ii
NIP: 1955103019801310
PERNYATAAN
PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN HOLDING TIME
TERHADAPA KERAMIK BERPORI BERBAHAN DASAR
TANAH LEMPUNG DAN ARANG AKTIF SEBAGAI FILTER
UAP AIR
SKRIPSI
Saya mengaku bahwa skripsi ini adaah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Maret 2017
FRANSISKUS WARUWU
100801019
Universitas Sumatera Utara
iii
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah Yang Maha Kuasa pencipta langit
dan bumi, Tuhan Yesus Kristus sang juru selamat, Allah Roh Kudus sang
penuntun, Bunda Maria sang bunda orang beriman dan Santo Fransiskus dari
Asisi pelindung kudus atas berkat perlindungan serta pertolongan yang diberikan
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Pengaruh Variasi
Campurandan Holding Time Terhadap Keramik Berpori Berbahan Dasar Tanah
Lempung dan Arang Aktif sebagai Filter Uap Air. Skripsi ini penulis susun
sebagai syarat akademis studi program S-1 Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Medan.
Penulis juga tak lupa mengucapkan terima kasih yang terhingga kepada
pihak pihak yang telah banyak memberikan bantuan, motivasi, ide, saran dan
bimbingan sehingga skripsi ini dapat terselesaikan. Oleh karena itu, penulis
menghaturkan terima kasih kepada :
1. Bapak Prof. Dr. Runtung Sitepu,S.H M.Hum selaku Rektor Universitas
Sumatera Utara atas kesempatan yang diberikan kepada penulis menimba
ilmu di kampus Universitas Sumatera Utara hingga menyelesaikan
pendidikan S-1 Fisika.
2. Bapak Dr. Kerista Sebayang, MS selaku Dekan Fakultas Matematika dan
Ilmu Pengetahuan Universitas Sumatera Utara atas kesempatan dapat
menempuh kuliah di FMIPA Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Prof. Dr. Marhaposan Situmorang selaku Ketua Departemen Fisika
S-1.
4. Ibu Dr. Susilawati, S.Si M.Si selaku Dosen Pembimbing I yang sudah
sangat banyak membantu, mengarahkan, memotivasi, memberikan ide
kreatif dan dengan penuh perhatian dan kesabaran tak pernah menyerah
memberi harapan kepada penulis. Terima kasih yang sebesar besarnya atas
perhatian dan kesabaran Ibu.
Universitas Sumatera Utara
iv
5. Bapak Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS selaku Dosen Pembimbing II
yang telah banyak membantu dari sisi teknis lapangan dalam penelitian.
Terima kasih banyak Bapak atas pengetahuan tentang keramik yang
diberikan dan semangat Bapak dalam berdiskusi dan membuka wawasan
penulis.
6. Kepada Kakak Finnysa Zebua, S.Pd M.Si yang telah banyak berbagi
pengalaman penelitian, teknis di lapangan dan banyak meluangkan waktu
mengawasi penelitian penulis. Terima kasih sebanyak banyaknya penulis
ucapkan.
7. Terima kasih banyak kepada laboran dan petugas laboratorium. Kak Ayu
di Laboratorium Kimia Dasar USU, Bu Syafitri dan Pak Barry di
Laboratorium Material Test PTKI Medan, Kak Riana di Laboratorium
Material Unimed serta Bapak Tulus Ikhsan Nasution di Laboratorium
Terpadu atas kesempatan untuk dapat menyelesaikan penelitian dan
bantuan selama menjalaninya.
8. Terima kasih yang sebesar besarnya kepada keluarga penulis. Kepada
Bapak Robert H. Waruwu serta Ibu Mida Gurning yang tak pernah
berhenti berharap, mendoakan, mendidik dan tak lelah mengingatkan
penulis bahwa pendidikan sangat penting. Terima kasih Bapak dan Mama
jasamu tak akan pernah terbalas. Kepada Kakak Domuria Waruwu, Adik
adik Hermanto Waruwu, Magnus P. Waruwu, Agnes N.S Waruwu dan
Friska F. Waruwu yang tetap setia dan menyemangati penulis.
9. Seluruh pegawai dan staff Departemen Fisika serta Dekanat FMIPA atas
bantuan membantu proses selama penulis menjalani perkuliahan.
10. Terima kasih kepada teman teman Physic Inside 2010. Penulis belum
pernah mendapatkan teman seperti kalian. Terima kasih kalian selalu ada
dan selalu menyemangati. Sukses buat kita semua.
11. Terima kasih kepada keluarga besar Ikatan Mahasiswa Fisika FMIPA
USU. Tanpa kalian hidup perkuliahan tak akan pernah berwarna.
12. Terima kasih juga kepada pihak-pihak yang lain yang tidak bisa penulis
sebutkan satu persatu namanya yang telah banyak mengorbankan waktu,
tenaga, materi, doa dan motivasi.
Universitas Sumatera Utara
v
Penulis mendoakan kepada Tuhan agar dilimpahi rejeki, kesehatan dan
dibalaskan setiap kebaikan kepada tiap-tiap orang. Adapun juga penulis sadar dan
memahami bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, untuk itu penulis
memohon saran dan kritik yang membangun. Akhir kata penulis berharap dengan
skripsi ini dapat memberikan sumbangsih kepada dunia penelitian fisika pada
khususnya dan dunia ilmu pengetahuan pada umumnya.
Hormat Penulis,
Fransiskus Waruwu
Universitas Sumatera Utara
vi
PENGARUH VARIASI CAMPURAN DAN HOLDING TIME TERHADAP
KERAMIK BERPORI BERBAHAN DASAR TANAH LEMPUNG DAN
ARANG AKTIF SEBAGAI FILTER UAP AIR
ABSTRAK
Telah dibuat keramik berpori berbahan dasar tanah lempung dan arang aktif
dengan teknik cor. Tanah lempung dan arang aktif diayak dengan ayakan 200
mesh. Tanah lempung diaktivasi kimia menggunakan larutan H2SO4 6% dengan
magnetic and hot plate stirrer serta diaktivasi fisika pada suhu 300 0C. Keramik
dicetak dengan teknik slip casting dengan perbandingan variasi campuran tanah
lempung : arang aktif 100% : 0% ; 90% : 10% ; 80% : 20% ; 70% : 30% dan 60%
: 40%. Keramik disintering dengan suhu sintering 1000 0C dengan variasi holding
time 2 jam ; 3 jam dan 4 jam. Keramik dikarakterisasi untuk menentukan sifat
fisis (serapan air dan porositas), sifat mekanis (kuat tekan dan kekerasan),
morfologi permukaan dan ukuran pori (SEM), kandungan unsur (EDX). Hasil
karakterisasi menunjukkan bahwa variasi optimum terjadi pada campuran tanah
lempung dan arang aktif 80% : 20% dengan holding time 2 jam dengan nilai
serapan air = 36,27% ; porositas = 50,74% ; kuat tekan = 9,8 MPa dan kekerasan
= 184,73 MPa. Morfologi permukaan (SEM) menunjukkan bahwa variasi
optimum memiliki pori yang lebih banyak dan tersebar merata dengan ukuran
diameter pori rata-rata = 8,606 µm serta kandungan unsur (EDX) yaitu unsur O =
58,11% ; Si = 24,04% ; Al = 12,33% ; Na = 3,06% ; K = 2,51% ; Ca = 2,22 % ; Fe
= 2,01% ; Mg = 1,60% dan C
= 1,54%. Pengujian daya adsorpsi uap air
menunjukkan nilai konsentrasi hidrogen maksimum yang dilewatkan = 61,87%
pada menit ke – 77 dengan tegangan keluaran maksimum = 3,09 Volt pada menit
ke – 98.
Kata kunci : lempung, arang aktif, keramik berpori, filter, adsorpsi uap air.
Universitas Sumatera Utara
vii
INFLUENCE OF VARIED COMPOSITION AND HOLDING TIME ON
POROUS CERAMIC BASED ON LOAM AND ACTIVATED CHARCOAL
AS WATER VAPOR FILTER
ABSTRACT
Fabrication of porous ceramic based on loam and activated charcoal had been
done using slip casting method. Loam and activated charcoal sifted with 200 mesh
sized sieve. Loam was activated chemically with 6% H2SO4 solution using
magnetic and hot plate stirrer and also activated physically with heated in 300 0C.
Ceramic molded with slip casting method and mixed up with varied composition
ratio of loam and activated charcoal 100% : 0% ; 90% : 10% ; 80% : 20% ; 70% :
30% and 60% : 40% . Ceramic sintered with 10000C sintering temperature and
varied holding time 2 hours ; 3 hours and 4 hours. Ceramic characterized wi.
From the examination, the value of physical properties measured as water
absorption and porosity and also from mechanical properties measured as pressure
strength and hardness given an optimum value in ceramic that varied in
composition of loam and activated charcoal in 80% : 20% and sintered with
varied holding time 2 hours. Ceramic characterized to determine physical
properties (water absorption and porosity), mechanical properties (compressive
strength and hardness), surface morphology and pore size (SEM), elemental
mapping (EDX). Result of characterization show that optimum variation occurs
on loam and activated charcoal composition 80% : 20% with 2 hours holding time
with water absorption = 36,27%; porosity = 50,74%; compressive strength = 9,8
MPa and hardness = 184,73 MPa. Surface morphology (SEM) shows that
optimum variation has more pores and spread equally with average pore size =
8.606 µm and also elemental mapping (EDX) are O = 58,11% ; Si = 24,04% ; Al
= 12,33% ; Na = 3,06% ; K = 2,51% ; Ca = 2,22 % ; Fe = 2,01% ; Mg = 1,60%
and C = 1,54%. Water vapor adsorption test show that maximum hydrogen
Universitas Sumatera Utara
viii
concentration passed = 61.87% in 77th minutes with output voltage = 3.09 Volt in
98th minutes.
Keywords : loam, activated charcoal, porous ceramic, filter, water vapor
adsorption.
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
i
Pernyataan
ii
Penghargaan
iii
Abstrak
vi
Abstract
vii
Daftar Isi
ix
Daftar Tabel
xii
Daftar Gambar
xiii
Daftar Persamaan
xv
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
4
1.3 Batasan Masalah
4
1.4 Tujuan Penelitian
5
1.5 Manfaat Penelitian
5
1.6 Sistematika Penulisan
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
7
2.1 Lempung (Tanah Liat)
7
2.2 Jenis-jenis Lempung
9
2.3 Arang Aktif
16
2. 4 Keramik
19
2.5 Keramik Berpori
22
2.6 Pengujian Sifat Fisis Keramik
25
2.6.1 Serapan Air
25
Universitas Sumatera Utara
x
2.6.2 Porositas
26
2.7 Pengujian Sifat Mekanis Keramik
26
2.7.1 Kuat Tekan
26
2.7.2 Kekerasan
27
2.8 Analisa Mikrostruktur Keramik
27
2.8.1 SEM-EDX (Scanning Electron Microscope Energy
27
Dispersive X-Ray Spectometer)
2.9 Uji Daya Adsorpsi Uap Air
28
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
30
3.1 Tempat Penelitian
30
3.2 Peralatan dan Bahan Penelitian
30
3.2.1 Peralatan
30
3.2.2 Bahan
32
3.3 Prosedur Penelitian
32
3.4 Diagram Alir Penelitian
34
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
37
4.1 Hasil Pengujian Sifat Fisis Keramik Berpori
37
4.1.1 Serapan Air
37
4.1.2 Porositas
39
4.2 Hasil Pengujian Sifat Mekanis Keramik Berpori
41
4.2.1 Kuat Tekan
41
4.2.2 Kekerasan
43
4.3 Hasil Karakterisasi Scanning Electron Microscope
45
– Energy Dispersive (X – Ray)
4.3.1 Morfologi Permukaan
45
4.3.2 Ukuran Diameter Pori
47
4.3.3 Kandungan Unsur
49
4.4 Hasil Pengujian Daya Adsorpsi Permukaan Uap Air
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
54
57
Universitas Sumatera Utara
xi
5.1 Kesimpulan
57
5.2 Saran
58
DAFTAR PUSTAKA
59
LAMPIRAN
61
LAMPIRAN A (DATA DAN CONTOH PERHITUNGAN)
62
LAMPIRAN B (DOKUMENTASI PENELITIAN)
81
LAMPIRAN C (KARAKTERISTIK TANAH LEMPUNG
90
DESA IRAONOGEBA KECAMATAN MOROÓ
KABUPATEN NIAS BARAT)
LAMPIRAN D (KARAKTERISTIK ARANG AKTIF
96
AQUASORB ®1000)
Universitas Sumatera Utara
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 1.A DATA PENGUKURAN SERAPAN AIR
62
Tabel 2.A DATA PENGUKURAN POROSITAS
64
Tabel 3.A DATA PENGUKURAN KUAT TEKAN
66
Tabel 4.A DATA PENGUKURAN KEKERASAN
68
Tabel 5.A DATA PENGUKURAN ADSORPSI UAP AIR
71
CAMPURAN 80% : 20% DENGAN HOLDING TIME 2 JAM
Tabel 6.A DATA PENGUKURAN ADSORPSI UAP AIR
76
CAMPURAN 90% : 10% DENGAN HOLDING TIME 4 JAM
Tabel 7.A DATA VARIASI MASSA CAMPURAN
80
Universitas Sumatera Utara
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Segitiga Tekstur Tanah
8
Gambar 2.2 Diagram Struktur Lapisan Oktahedron
10
Gambar 2.3 Diagram Struktur Lapisan Tetrahedron
10
Gambar 2.4 Diagram Struktur Kaolinte
11
Gambar 2.5 Diagram Struktur Smectite
12
Gambar 2.6 Diagram Struktur Illite
13
Gambar 2.7 Diagaram Struktur Chlorite
14
Gambar 2.8 Diagram Struktur Palygorskite dan Sepiolite
15
Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian
35
Gambar 4.1 Grafik Variasi Campuran vs Serapan Air
37
Gambar 4.2 Grafik Variasi Campuran vs Porositas
39
Gambar 4.3 Grafik Variasi Campuran vs Kuat Tekan
41
Gambar 4.4 Grafik Variasi Campuran vs Kekerasan
43
Gambar 4.5 Hasil Pengamatan SEM untuk Sampel dengan Campuran
46
80% : 20% dengan Holding Time 2 Jam pada
Perbesaran 500 kali.
Gambar 4.6 Hasil Pengamatan SEM untuk Sampel dengan Campuran
46
90% : 10% dengan Holding Time 4 jam pada
Perbesaran 500 kali
Gambar 4.7 Hasil Pengamatan SEM untuk Sampel dengan Campuran
47
80% : 20% dengan Holding Time 2 Jam pada
Perbesaran 1500 kali Beserta Ukuran Pori
Gambar 4.8 Hasil Pengamatan SEM untuk Sampel dengan Campuran
48
90% : 10% dengan Holding Time 4 Jam pada
Perbesaran 1500 kali Beserta Ukuran Pori
Gambar 4.9 Hasil Pembacaan Kandungan Unsur EDX Sampel
50
dengan Campuran 80% : 20% dengan holding time 2 jam
Universitas Sumatera Utara
xiv
pada Perbesaran 1000 kali
Gambar 4.10 Hasil Pembacaan Kandungan Unsur EDX Sampel
52
dengan Campuran 90% : 10% dengan holding time 4 jam
pada Perbesaran 1000 kali
Gambar 4.11 Grafik Waktu Pengujian Daya Adsorpsi Uap Air
54
Berdasarkan Konsentrasi Hidrogen
Gambar 4.12 Grafik Waktu Pengujian Daya Adsorpsi Uap Air
56
Berdasarkan Tegangan Keluaran
Universitas Sumatera Utara
xv
DAFTAR PERSAMAAN
Halaman
Persamaan 2.1 Serapan Air
26
Persamaan 2.2 Porositas
26
Persamaan 2.3 Kuat Tekan
26
Persamaan 2.4 Kekerasan
27
Universitas Sumatera Utara