PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN
PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN TESIS ERWINSYAH HASIBUAN 107026006/FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN TESIS Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh Gelar Magister Sains dalam Program Studi Magister Fisika pada Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara OLEH ERWINSYAH HASIBUAN 107026006/FIS PROGRAM PASCASARJANA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2012
PENGESAHAN TESIS Judul Tesis : PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN Nama : ERWINSYAH HASIBUAN Nomor Induk Mahasiswa : 107026006 Program Studi : Magister Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara Menyetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS Ketua Anggota Ketua Program Studi Dekan Dr. Nasruddin, MN. M.Eng.Sc Dr. Sutarman, M.Sc NIP. 195507061981021002 NIP. 196310261991031001
Telah diuji pada Tanggal : 30 Juli 2012 PANITIA PENGUJIAN TESIS Ketua : Prof Dr. Eddy Marlianto, M.Sc Anggota : 1. Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS
2. Dr. Mester Sitepu, M.Sc, M.Phill
3. Prof. Dr. Timbangen Sembiring, M.Sc
4. Dr. Nasruddin, MN. M.Eng.Sc
PERNYATAAN ORISINALITAS
PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgOUNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI
YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG
KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSINTESIS
Dengan ini saya nyatakan bahwa mengakui semua karya Tesis ini adalah hasil kerja saya sendiri kecuali kutipan dan ringkasan yang tiap satunya telah dijelaskan sumbernya dengan benar.
Medan, Juli 2012 Sebagai sivitas akademika Universitas Sumatera Utara, saya yang bertanda tangan di bawah ini : Nama : Erwinsyah Hasibuan NIM : 107026006 Program Studi : Magister Ilmu Fisika Jenis Karya Ilmiah : Tesis
Demi pengembangan Ilmu Pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada universitas Sumatera Utara Hak Bebas Royalti Non-Eksklusif (Non – Exlusif Royalty Free Right) atas tesis saya yang berjudul :
PENGGUNAAN ARANG CANGKANG KELAPA SAWIT DAN MgO
UNTUK BAHAN BAKU PEMBUATAN KERAMIK BERPORI
YANG DIGUNAKAN SEBAGAI FILTER GAS BUANG KENDARAAN BERBAHAN BAKAR BENSIN
Beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan hak bebas Royalti Non- Eksklusif ini, Universitas Sumatera Utara berhak menyimpan, mengalih media. memformat, mengelola dalam bentuk data – base, merawat dan mempublikasi Tesis saya tanpa meminta izin dari saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis dan sebagai pemegang dan atau sebagai pemilik hak cipta.
Demikian pernyataan ini dibuat dengan sebenarnya.
Medan, Juli 2012 ERWINSYAH HASIBUAN
NIM. 107026006
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan keramik berpori dengan bahan dasar MgO dan abu cangkang kelapa sawit. Pencampuran abu cangkang kelapa sawit dengan bahan dasar keramik (MgO, clay) dilakukan beberapa variasi berdasarkan % massa bahan antara lain, Clay sebanya 30% setiap sampel, abu cangkang kelapa sawit berbanding dengan bahan dasar keramik MgO adalah 0 : 70, 5 : 65, 10 : 60, 15 : 55, 20 : 50 %. Masing-masing campuran ini diaduk dengan menambah air secukupnya dengan mixer. Setelah homogen dituang ke dalam cetakan dalam bentuk silinder dengan ukuran tinggi 22 cm, diameter luar 4,5 cm dan diameter dalam 2,5 cm, lalu dikeringkan selama 12 hari. Pembakaran dilakukan pada temperatur 1100 C yang ditahan selama 2 jam, kemudian didinginkan selama 12 jam. Terhadap sampel-sampel uji dilakukan pengujian secara fisis maupun mekanik. Dari pengujian fisis diperoleh Porositas 38,42% - 58,37% Densitas 1,10% – 1,15%, permeabilitas 73,55 Pa - 357,94 Pa, susut massa 24,02% - 30,40%, serta susut volum 4,7% - 6,25%. Sedangkan pengujian mekanik diperoleh kekerasan 121,2 HV – 168,2 HV; kuat tekan 0,85-2,04 MPa; kuat impak
3
3
0,18 J/cm - 0,33 J/cm . Pengujian juga dilakukan dengan analisis XRD untuk mengetahui komposisi senyawa kimia, dan diperoleh dari yang paling dominan yaitu : Magnesium Oxide, maka dilakukan pengujian emisi gas buang dengan peralatan “ Analyzer Gas” , ternyata penggunaan filter memberikan pengaruh yang sangat besar untuk mengurangi pencemaran udara. Pengurangan tersebut mencapai 1,55% - 4,64% CO ; 0,63% – 1,81% CO
2 ; 18,21% – 21,97% HC;
70,20% - 72,73% O 2. Kata kunci : MgO, Abu cangkang kelapa sawit, keramik berpori, emisi gas buang, filter, absorbsi.
ABSTRACT The fabrication of cordierite ceramic has been done by using the basic material of MgO and palm shell ash. The mixture of the raw material of ceramic (MgO, clay) is in mass percentage. The ingredients are arranged in the packages of the MgO
and palm shell using the ratio of 0 : 70, 5 : 65, 10 : 60, 15 : 55, 20 : 50. Then
30% sample mass of clay is added to each sample. Each of the sample mixture isstirred in an adequate water by mixer. After the stirring is homogeneous, it is
poured into the mold of 22 cm of height, 4.5 cm of outer diameter and 2.5 cm of
inner diameter, then allowed to dry in 12 days. After the drying process, the
samples is heated until 1100 °C and hold in 2 hours as well as cooled in 12 hours.Then the samples are tested both in physically and mechanically. From the
physical testing is found that pores percentages of 38,42% - 58,37%, density of
1,10% – 1,15%, permeabilities of 73,55 Pa - 357,94 Pa, mass shrinkages of
24,02% - 30,40%, and burning shrinkages of 4,7% - 6,25%, while the mechanical testing results in the hardness of 121,2 HV – 168,2 HV, pressure strength of 0,853 MPa - 2,04 MPa and impact strength of 0,18-0,33 J/cm . The testing of samples
is also done by XRD diffract-meter in order to obtain the dominant chemical
composition of Magnesium Oxide and tested by gas analyser when used in vehicle exhausted gas system. The using of the filter give the great amount of influences inair polution. The absorption of filter usage give the decreasing of emission of
1,55% - 4,64% CO ; 0,63% – 1,81% CO 2 ; 18,21% – 21,97% HC, and the increasing of 70,20% - 72,73% O2 .
Keywords: MgO, Palm shell ash, cordierite ceramic, exhausted gas emission, filter, absorption.
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur dipersembahkan kehadirat Allah SWT atas segala limpahan rahmad dan karunia-Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan. Dengan selesainya tesis ini, perkenankanlah diucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : Rektor Universitas Sumatera Utara, Prof. Dr. dr. Syahril Pasaribu, DTM &
H, M.Sc (CTM) Sp.A(K). atas kesempatan yang diberikan untuk mengikuti dan menyelesaikan pendidikan Program Magister Sains.
Dekan FMIPA, Dr. Sutarman, M.Sc atas kesempatan yang diberikan menjadi mahasiswa program Magister Sains pada program pascasarjana FMIPA Universitas Sumatera Utara.
Ketua Program Studi Magister Ilmu Fisika, Dr. Nasruddin, MN,M.Eng.Sc, Sekretaris Program Studi Ilmu Fisika, Dr. Anwar Dharma Sembiring, MS beserta seluruh staf edukatif dan administratif pada Program Studi Magister Ilmu Fisika Program Pascasarjana Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara.
Terima kasih yang tak terhingga dan penghargaan setinggi-tingginya diberikan kepada Prof. Dr. Eddy Marlianto, M.Sc selaku Pembimbing Utama yang dengan penuh perhatian dan telah memberikan motivasi, bimbangan dan arahan, demikian juga kepada Dr Anwar Dharma Sembiring, MS, selaku Pembimbing Lapangan yang dengan penuh kesabaran menuntun dan membimbing hingga selesainya penelitian ini.
Kepada Ayahanda Kamaruddin Hasibuan, Ibunda tercinta Nurdiah M, abanganda Ardiansyah Hasibuan, SP; Budiansyah Hasibuan, S.Si, kakanda Irna Ifdiana Hasibuan, S.Ag, ST; Imna Ikhfa Hasibuan, SH, adinda Drg. Fahmi Diani Hasibuan; Ifda Sari Hasibuan, ST, Ipar Maymunah, SE; Yudi, Tris, M. Fadil Nst, ST, kekasihku Dini Wariastuti, S.Pd yang penuh sabar dan pengertian, motivasi dan dukungan serta do’a yang tulus.
Teman satu tim Sudarwis, Hairus Abdullah, Ayu Andriani, semua teman angkatan 2010 dan teman-teman staf pengajar di SMA Panca Budi Medan terima kasih atas segala dukungan dan motivasi yang diberikan hingga selesai pendidikan ini, kebaikan ini tidak dapat dibalas hanya serahkan kepada Allah SWT.
Sekali lagi terima kasih atas do’a dan dorongan kalian semua. Semoga kebanggaan ini, juga menjadi kebanggaan kalian semua. Semoga kita diberikan taufiq, hidayah, dan inayah-Nya dalam memanfaatkan segala ciptaan-Nya bagi kesejahteraan umat manusia.
Amin Ya Rabbal Alamin.
Medan, Juli 2012
Erwinsyah Hasibuan
DAFTAR RIWAYAT HIDUP
DATA PRIBADINama Lengkap Berikut Gelar : Erwinsyah Hasibuan, ST Tempat dan Tanggal Lahir : Sei Silau, 21 April 1979 Alamat Rumah : Jl. Karya Tani Gg. Berkah No 15 Medan No HP : 081361678097 E-mail : Instansi Tempat Bekerja : SMA Panca Budi Medan Alamat Kantor : Jl. Gatot Subroto KM. 4,5 Medan
SD : SD Negeri 010105 Tamat : 1991 SMP : MTsS Islamiyah Urung Pane Tamat : 1994 SMA : MAN 1 Medan Tamat : 1997 Strata-1 : Teknik Elektro USU Tamat : 2007 Strata-2 : Program Studi Ilmu Fisika Program
Pascasarjana FMIPA Universitas Sumatra Utara Tamat : 2012
DAFTAR ISI ABSTRAK ...................................................................................................... i ABSTRACT .................................................................................................... ii KATA PENGANTAR .................................................................................... iii RIWAYAT HIDUP ......................................................................................... v DAFTAR ISI ................................................................................................... vi DAFTAR TABEL ........................................................................................... x DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... xi DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................... xiii BAB I PENDAHULUAN ................................................................................ 1
1.1 Latar Belakang ............................................................................... 1
1.2 Ruang Lingkup Masalah ................................................................ 3
1.3 Pembatasan Masalah ...................................................................... 3
1.4 Perumusan Masalah ....................................................................... 4
1.5 Tujuan Penelitian ........................................................................... 4
1.6 Manfaat Penelitian ......................................................................... 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ..................................................................... 5
2.1 Pencemaran Udara ........................................................................ 5
2.2 Emisi Gas Buang ........................................................................... 6
2.3 Pengertian dan Material Bahan Keramik Berpori ........................... 8
2.4 Magnesium Oksida (MgO) ............................................................ 9
2.5 Karbon Aktif .................................................................................. 11
2.5.1 Cangkang Kelapa Sawit ......................................................... 11
2.6 Tanah Liat (Clay) ............................................................................. 12
2.7 Desain dan Struktur Katalis .............................................................. 13
2.7.1 Komponen-Komponen Katalis ................................................ 14
2.7.1.1 Komponen Aktif ....................................................... 14
2.7.1.2.Penyangga (Suport) .................................................. 14
2.7.1.3 Promotor ................................................................... 16
2.7.2 Desain Katalis ...................................................................... 16
2.8 Katalis Konverter .......................................................................... 17
2.9 Pembuatan Keramik ....................................................................... 18
2.10 Sifat Fisis Material Keramik ......................................................... 18
2.10.1 Absorbsi .............................................................................. 18
2.10.2 Porositas .............................................................................. 19
2.10.3 Densitas .............................................................................. 19
2.10.4 Permeabilitas ....................................................................... 20
2.10.5 Kekerasan ............................................................................ 21
2.10.6 Kuat Tekan .......................................................................... 21
2.10.7 Kuat Impak .......................................................................... 21
2.10.8 Susut massa ......................................................................... 22
2.10.9 Susut Volum ........................................................................ 22
2.11 Gas Analyzer ................................................................................. 23
2.12 Difraksi Sinar –X ........................................................................... 23
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ..................................................... 25
3.1 Tempat dan Waktu Penelitian......................................................... 25
3.1.1 Tempat Penelitian .................................................................. 25
3.1.2 Waktu Penelitian .................................................................. 25
3.2 Alat dan Bahan Penelitian .............................................................. 25
3.2.1 Alat ........................................................................................ 25
3.2.2 Bahan .................................................................................... 26
3.3 Prosedur Penelitian ......................................................................... 26
3.4 Variabel dan Parameter penelitian .................................................. 28
3.4.1 Variabel Penelitian ................................................................ 28
3.4.2 Parameter Penelitian .............................................................. 28
3.5 Alat Pengumpul Data Penelitian ..................................................... 28
3.6 Pembuatan Sampel ......................................................................... 28
3.7 Pengukuran Porositas dan Densitas ................................................ 31
3.8 Pengukuran Permiabilitas ............................................................... 31
3.9 Pengujian kekerasan, Kuat tekan, Kuat Impak ............................... 31
3.10 Pengujian Absorbsi Gas Buang ...................................................... 31
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ........................................................ 33
4.1 Porositas, Densitas, dan Permiabilitas ............................................ 33
4.2 Kekerasan ....................................................................................... 35
4.3 Kuat Tekan ..................................................................................... 37
4.4 Kuat Impak..................................................................................... 38
4.5 Susut Massa ................................................................................... 39
4.6 Susut Volum (Susut bakar) ............................................................. 40
4.7 Uji Absorbsi Gas Buang Kendaraan ............................................... . 41
4.8 Hasil Uji Analisa XRD ................................................................... . 45
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 46
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 46
5.2 Saran .............................................................................................. 47
DAFTAR PUSTAKA ...................................................................................... 48
DAFTAR TABEL
Tabel Judul Halaman2.1 Karakteristik Fisis MgO …………………………………………….. 10
2.2 Klasifikasi komponen aktif berdasarkan sifat konduktifitas listriknya 15
3.1 Perbandingan Bahan ........................................................................... 26
4.1 Hasil pengukuran porositas, densitas, dan permiabilitas...................... 33
4.2 Hasil Pengujian Kekerasan.................................................................. 36
4.3 Hasil Pengujian Kuat Tekan ................................................................ 37
4.4 Hasil Pengujian Kuat Impak .............................................................. 38
4.5 Hasil Pengukuran Susut Massa ........................................................... 39
4.6 Hasil pengukuran Susut Bakar ............................................................. 40
4.7 Hasil pengujian absorbsi gas buang tanpa filter ................................... 41
4.8 Hasil pengujian absorbsi gas buang dengan filter ................................. 42
DAFTAR GAMBAR Gambar Judul Halaman
2.1 Serbuk Magnesium Oksida .................................................................. 9
2.1 Struktur Kristal MgO ........................................................................... 10
2.3 Abu Cangkang Kelapa Sawit ............................................................... 12
2.4 Karakteristik Teknis dari Katalis .......................................................... 13
2.5 Hubungan antara komponen aktif, pendukung dan promotor dalam sistem katalis ........................................................................................ 14
2.6 Alat Uji Permeabilitas ......................................................................... 20
2.7 Sketsa Hamburan Sinar -X ................................................................... 24
3.1 Skema Pembuatan Keramik Berpori .................................................... 27
3.2 Sampel Silinder .................................................................................... 30
4.1 Grafik Porositas ................................................................................... 34
4.2 Grafik Densitas ................................................................................... 34
4.3 Grafik Permiabilitas ............................................................................. 35
4.4 Grafik Kekerasan ................................................................................ 36
4.5 Grafik Kuat Tekan ............................................................................... 37
4.6 Grafik Kuat Impak ............................................................................... 38
4.7 Grafik Susut Massa .............................................................................. 40
4.8 Grafik susut Volum .............................................................................. 41
4.9 Grafik Absorbsi Gas buang CO............................................................. 42
4.10 Grafik absorbsi gas buang CO
2 ............................................................ 43
4.11 Grafik Absorbsi gas buang HC ........................................................... 43
4.12 Grafik Absorbsi gas buang O
2 .............................................................. 44
4.13 Grafik XRD Keramik Berpori ........................................................... 45