PROSES PEMBUATAN FILTER AIR DARI KARBON-AKTIF · PDF filePROSES PEMBUATAN FILTER AIR DARI...
Transcript of PROSES PEMBUATAN FILTER AIR DARI KARBON-AKTIF · PDF filePROSES PEMBUATAN FILTER AIR DARI...
PROSES PEMBUATAN FILTER AIR DARI
KARBON-AKTIF DAN SILIKA-AKTIF
MELALUI TAHAP GRANULASI
TUGAS AKHIR SARJANA Diajukan untuk memenuhi persyaratan kelulusan Program Strata-1
Program Studi Teknik Material
OLEH:
IBNU MAULANA YUSUF
137 02 051
PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL
FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
2008
Lembar Pengesahan
LEMBAR PENGESAHAN
Laporan Tugas Akhir MT-40Z1
Program Studi Teknik Material – Institut Teknologi Bandung
Judul Penelitian Tugas Akhir:
PROSES PEMBUATAN FILTER AIR DARI KARBON-AKTIF DAN
SILIKA-AKTIF MELALUI TAHAP GRANULASI
Nama Mahasiswa : Ibnu Maulana Yusuf
NIM : 137 02 051
Telah diperiksa dan disetujui pada, Tanggal : Di :
Pembimbing,
Dr. Ir. Bambang Sunendar Purwasasmita NIP: 131 471 326
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
Lembar Pengesahan
PROGRAM STUDI TEKNIK MATERIAL FAKULTAS TEKNIK MESIN DAN DIRGANTARA
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG JL. GANESHA 10 BANDUNG 40132 TELP/FAX : 022-2508144
TUGAS SARJANA
Diberikan kepada : Ibnu Maulana Yusuf
Dosen Pembimbing : Dr. Ir. Bambang Sunendar
Jangka Waktu Penyelesaian : 1 (Satu) Tahun
Judul : Proses Pembuatan Filter Air dari Karbon-aktif dan
Silika-aktif Melalui Tahap Granulasi
Tujuan Penelitian :
1. Sebagai studi-lanjut dari penelitian tentang proses pembuatan filter air,
2. Mengetahui pengaruh komposisi terhadap kekuatan filter air yang dibuat, baik
dari karbon-aktif maupun silika-aktif,
3. Mencari komposisi yang optimal untuk membuat filter air dari karbon-aktif
dan silika-aktif,
4. Mengetahui kualitas air hasil proses filterisasi menggunakan filter karbon-
aktif dan silika-aktif, sebagai bahan pertimbangan dalam penerapannya pada
saluran air rumah-tangga,
5. Mengetahui kualitas filter air yang dibuat.
Bandung, Februari 2008
Pembimbing
Dr. Ir. Bambang Sunendar NIP. 131471326
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
Oasis
‘Even ceramics must be burned to make it strong and artistic’
Sesungguhnya perintah-Nya apabila Dia menghendaki sesuatu, hanyalah berkata kepadanya:”Jadilah!” maka terjadilah ia. Maka Maha Suci (Allah)
yang ditangan-Nya kekuasaan atas segala sesuatu dan kepada-Nya-lah kamu dikembalikan. (Yãsin: 82–83)
Dedicated to: My beloved Mom & Dad
And also My Brothers & Sisters
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
Abstrak/ Abstract
ABSTRAK
Kualitas media filterisasi akan dipengaruhi oleh keaktifan dan luas
permukaan yang dimilikinya. Secara teori, luas permukaan akan semakin besar
jika ukuran partikelnya semakin kecil. Dalam aplikasinya, ukuran partikel yang
terlalu kecil akan menghambat laju filterisasi karena pori-pori antar-partikel
terlalu kecil untuk dilewati molekul air.
Pada penelitian ini, dilakukan percobaan pembuatan filter air dari bahan
karbon dan silika, dengan ukuran partikel yang halus (<106 μm). Untuk
meningkatkan laju filterisasi, partikel tersebut digranulasi dan di-pressing.
Dengan demikian, diharapkan air yang difilterisasi akan melewati pori-pori antar-
granul dan antar-partikel sehingga memungkinkan air untuk mengalir lebih cepat
namun tetap mengalami proses filterisasi yang optimal. Filter dibuat dengan
variasi komposisi aditif (larutan PVA-PEG 400) berdasarkan persen berat: 20%,
25%, 30%, 35%, dan 40%.
Pengujian terhadap kualitas air hasil filterisasi menggunakan karbon-aktif
menunjukkan kadar TDS (Total Dissolve Solids) yang semakin meningkat seiring
dengan bertambahnya komposisi aditif, yaitu dari 360 mg/L menjadi 560 mg/L.
Sedangkan pengujian terhadap kualitas air hasil filterisasi menggunakan silika-
aktif menunjukkan bahwa kadar Fe terlarut tidak berubah (<0,042 mg/L) dan
kadar Mn terlarut yang cenderung menurun (dari 0,829 mg/L menjadi 0,687
mg/L), dengan bertambahnya komposisi aditif.
Hasil pengujian kekuatan lentur menujukkan bahwa kuat lentur filter
karbon mengalami peningkatan dengan semakin banyaknya komposisi aditif yang
ditambahkan, yaitu dari 1,05 MPa menjadi 2,09 MPa. Sedangkan kekuatan lentur
filters silika mengalami penurunan seiring dengan bertambahnya komposisi aditif,
yaitu dari 1,67 MPa menjadi 0,23 MPa.
Kata kunci:
Karbon-aktif, Silika-aktif, Granulasi, Kuat-lentur, Adsorpsi.
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
i
Abstrak/ Abstract
ABSTRACT
Performance of filter media depended on both of the surface area and
surface activities. Since, the surface area will be determining the numbers of
contaminants, and the surface activities will conclude the types of contaminant
that can be adsorbed. The surface area will be highest if the particle sizes were
reduced. However, reducing the particle size will influences to the filtration rate.
The research has been conducted for small particle size (<106 μm) of
carbon and silica sand. Then to optimize the filtration rate and strengthening the
media, granulation process were done before the press-forming. Such that, water
will through the media by both the inter-granular and trans-granular pores. The
filter media were processed by varying the composition of additive (PVA-PEG
400 solution) in percent weight, as: 20%, 25%, 30%, 35%, and 40%.
TDS test on water filtered with activated carbon shows that the numbers of
parameter are increase by increasing the additive composition, in the range of
360 mg/L to 560 mg/L. For Fe-Mn test conducted on activated silica filtering
water showing a constant value of Fe content, that is <0.042 mg/L. But, the Mn
content was decreased in the additive composition increased, by range of 0.829
mg/L to 0.687 mg/L.
Flexural-strength test for carbon membrane shows that the strength was
increase with increasing the additive composition, by range of 1.05 MPa to 2.09
MPa. In the other hand, the strength of silica’s membrane was decreased by the
additive composition increased, in the range of 1.67 MPa to 0.23 MPa.
Keywords:
Activated-carbon, Activated-silica, Granulation, Flexural-strength, Adsorption.
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
ii
Kata Pengantar
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuhu.
Alhamdulillahirabbil‘alamin, segala puji bagi Allah SWT. atas segala
rahmat dan kasih-sayang yang senantiasa tercurahkan kepada penulis sehingga
penulis selalu mendapatkan kekuatan untuk mengemban amanah sebagai
mahasiswa di kampus Institut Teknologi Bandung ini. Penulis pun mengucapkan
syukur yang tidak terhingga karena pada akhirnya penulis dapat menyelesaikan
tugas akhir dengan judul ‘Proses Pembuatan Filter Air dari Karbon-aktif dan
Silika-aktif Melalui Tahap Granulasi’ ini.
Laporan tugas akhir ini penulis susun sebagai pemenuhan syarat untuk
menyelesaikan pendidikan strata-1 di Program Studi Teknik Material, Institut
Teknologi Bandung.
Pada kesempatan ini, penulis juga ingin menyampaikan ucapan terima-
kasih yang tulus kepada:
1. Dr. Ir. Bambang Sunendar Purwasasmita, selaku dosen pembimbing yang
telah meluangkan waktunya untuk berbagi ilmu dan pengalaman, memberikan
bimbingan dan motivasi kepada penulis selama mengerjakan tugas akhir ini,
2. Dr. Ir. Aditianto Ramelan, selaku dosen wali yang selalu memberikan nasehat
yang berharga dan dorongan semangat kepada penulis untuk terus maju dalam
meraih cita-cita,
3. Seluruh staf pengajar di Teknik Material yang telah membagi ilmu dan
pengetahuan yang berharganya kepada penulis,
4. Pak Rosyid dan Pak Abdul, selaku teknisi di Lab. Proses Material Teknik
Fisika yang telah banyak membantu penulis dalam membuat dan memperbaiki
peralatan tugas akhir yang penulis perlukan.,
5. Seluruh staf teknisi dan karyawan Teknik Material: Pak Tatang, Pak Jai, Pak
Akhmadi, Pak Maskun, Pak Lala, Pak Idrus, Bu Wiwi, Bu Iis, dan Bu Wulan,
atas bantuan dan kerjasamanya selama penulis kuliah di Teknik Material ITB,
6. Pak Sularto, karyawan Balai Besar Keramik yang telah banyak berdiskusi dan
membantu penulis dalam membuat sampel,
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
iii
Kata Pengantar
7. Bu Sukmawati dan Pak Eko, karyawan PUSAIR Bandung yang telah
membantu penulis dalam memahami parameter-parameter kualitas air bersih
melalui diskusi-diskusinya,
8. Teh Iin dan Kang Ahmad, atas kesediaanya berdiskusi, berbagi ilmu dan
pengetahuannya dalam membuat filter air,
9. Viko, Rangga, Jaja, Syahid, Sukma, M. Reza, Krisna, Erwien, Nahar, Hafiz,
Rifqi, Helmi, dan Dimas serta rekan-rekan Teknik Material 2001, 2002, dan
2003 lainnya yang namanya tidak dapat penulis sebutkan satu-persatu,
10. Rekan-rekan seperjuangan di Lab. Proses Material, yaitu: Karso, Mega, Mahe,
Tumpal, Ari, Josafat, Irwan, dan Galih, atas kebersamaannya selama ini,
11. Rekan-rekan seperjuangan dari Jatiwangi, yaitu: A’Fuad, De’Rani. Dede,
Rizky, Ridho, Huda, Harry, Isa, Edwin, Dadan, Iah, dan Yopie, atas
persaudaraan yang terbangun selama ini,
12. Rekan-rekan seperjuangan di Kabinet KM–ITB: Dwi, Jalu, Ghozy, Febri,
Galih, Mukhlis, Luthfi, Oki, Rubadi, Amir, Megawati, Ninda, dan Puput.
13. Bapak Shukri beserta Ibu Shukri yang telah memberikan bantuan baik moril
maupun materiil selama penulis kuliah di ITB,
14. Kakak-kakak dan adik-adik tercinta, terutama Teh Nessy, A’Sam, Teh Vifi,
Harun, Siti, Lin, Dety, Satria, M. Darojat, dan Kyky Maulani, serta
15. Ibunda dan ayahanda tercinta, atas setiap tetesan keringat yang dikucurkan
untuk membesarkan penulis dan membiayai penulis selama ini.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan laporan ini, masih jauh dari
sempurna dan banyak terdapat kekurangan. Dan sebagaimana kata pepatah
‘bahkan gading terbaik pun memiliki retak’, oleh karena itu, kritik dan saran yang
membangun akan sangat penulis harapkan. Semoga kehadiran laporan ini
bermanfaat bagi kita semua.
Wassalamu’alaikum Warahmatullahi Wabarakatuhu.
Bandung, Februari 2008
Ibnu Maulana Yusuf [137 02 051]
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
iv
Daftar Isi
DAFTAR ISI
ABSTRAK [i]
ABSTRACT [ii]
KATA PENGANTAR [iii]
DAFTAR ISI [v]
DAFTAR GAMBAR [vii]
DAFTAR TABEL [ix]
DAFTAR LAMPIRAN [x]
BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang [1]
I.2. Permasalahan [2]
I.3. Tujuan Penelitian [4]
I.4. Batasan Masalah [4]
I.5. Metodologi Penelitian [5]
I.6. Sistematika Penulisan [5]
BAB II DASAR TEORI
II.1. Pemurnian Air [6]
II.2. Media Filterisasi [7]
II.2.1. Karbon-aktif [8]
II.2.2. Silika-aktif [9]
II.2.3. Proses Filterisasi [11]
II.3. Proses Pembuatan Media Filterisasi [13]
II.3.1. Pencampuran Material dan Aditif (Mixing) [13]
II.3.2. Pembentukan Granul (Granulation) [14]
II.3.3. Pembentukan Green-Body (Press-forming) [16]
BAB III PERCOBAAN
III.1. Diagram Alir Percobaan [17]
III.2. Tahap Persiapan [18]
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
v
Daftar Isi
III.2.1. Pengayakan Bahan Baku (Material Sieving) [18]
III.2.2. Pembuatan Larutan Aditif [19]
III.2.3. Pembuatan Granul [20]
III.2.4. Pembuatan Larutan KMnO4 [21]
III.3. Tahap Pembetukan (Forming) [21]
III.4. Tahap Pengeringan dan Pembakaran [23]
III.5. Pengujian dan Karakterisasi [24]
III.5.1. Pengujian [24]
III.5.2. Karakterisasi [26]
BAB IV DATA DAN ANALISIS
IV.1. Hasil Pengujian [28]
IV.1.1. Pengujian Efektivitas Filter [28]
IV.1.2. Pengujian Kekuatan Lentur [31]
IV.2. Hasil Karakterisasi [35]
IV.2.1. Luas Permukaan Spesifik (Metode BET) [35]
IV.2.2. Scanning Electron Microscope (SEM) [36]
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
V.1. Kesimpulan [41]
V.2. Saran [42]
DAFTAR PUSTAKA [43]
LAMPIRAN
Lampiran 1. Daftar senyawa-senyawa yang dapat dan tidak-dapat
diadsorpsi oleh karbon-aktif [45]
Lampiran 2. Data hasil pengujian kuat-lentur filter [47]
Lampiran 3. SK Menteri Kesehatan no.907 tahun 2002 [49]
Lampiran 4. Hasil SEM filter karbon-aktif [50]
Lampiran 5. Hasil SEM filter silika-aktif [56]
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
vi
Daftar Gambar
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1. Aliran air melalui pori-pori pada granul dan antar-granul [3]
Gambar 1.2. Contoh filter silika-aktif (tampak atas) [3]
Gambar 2.1. Karbon dari tempurung kelapa, sebelum dan setelah
proses aktivasi [8]
Gambar 2.2. Mekanisme adsorpsi senyawa organik oleh karbon-aktif. [9]
Gambar 2.3. Silika dalam bentuk pasir dan gelas yang dipergunakan
pada pemurnian air di Orangedale-Kanada [10]
Gambar 2.4. Mekanisme pertukaran ion dan adsorpsi pada filter silika
yang diaktivasi mnggunakan oksidator kuat [10]
Gambar 2.5. Perbedaan antara adsorpsi dan absorpsi [11]
Gambar 2.6. Penurunan performansi filter seiring dengan semakin
banyaknya volume fluida yang difilterisasi [12]
Gambar 2.7. Proses pembentukan pada keramik berdasarkan tekanan
yang dibutuhkan dan kadar air yang dipergunakan [13]
Gambar 2.8. Mekanisme yang berlangsung selama mixing [14]
Gambar 2.9. Pembuatan granul dengan roll [15]
Gambar 2.10. Proses granulasi dengan cara ekstrusi [15]
Gambar 2.11. Granul mmiliki flowability yang sangat baik sehingga
dapat meningkatkan packing-density [15]
Gambar 3.1. Skema proses pembuatan filter air dari karbon serbuk
dan pasir silika [17]
Gambar 3.2. Mesin pengayak yang terdapat di lab. Material Proses [18]
Gambar 3.3. Pembuatan larutan aditif [19]
Gambar 3.4. Proses ekstrusi granul [20]
Gambar 3.5. KMnO4: sebelum dan setelah dilarutkan dalam air [21]
Gambar 3.6. Proses pressing menggunakan hydraulic-pressing [22]
Gambar 3.7. Mekanisme kompaksi pada uni-axial pressing [22]
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
vii
Daftar Gambar
Gambar 3.8. Produk hasil pressing [23]
Gambar 3.9. Pengeringan dan pembakaran filter [23]
Gambar 3.10. Sampel untuk pengujian efektivitas filterisasi [24]
Gambar 3.11. Pengujian efektivitas filterisasi [25]
Gambar 3.12. Sampel uji kekuatan lentur [25]
Gambar 3.13. Pengujian kuar-lentur filter [26]
Gambar 3.14. Alat karakterisasi Brunauer, Emmett, Teller (BET) [26]
Gambar 3.15. Alat karakterisasi Scanning Electron Microscope (SEM) [27]
Gambar 4.1. Grafik data hasil pengujian Total Dissolve Solids (TDS) [28]
Gambar 4.2. Grafik data hasil pengujian Fe-Mn [30]
Gambar 4.3. Skema pembebanan three-point bending [31]
Gambar 4.4. Grafik data hasil pengujian kuat-lentur filter [32]
Gambar 4.5. Peningkatan dnsitas pada liquid-phase sintering [33]
Gambar 4.6. Pengaruh kadar plasticizer terhadap jarak antar-partikel [34]
Gambar 4.7. Filter silika yang dihasilkan dari proses pressing [34]
Gambar 4.8. Hasil Scanning Electron Microscope (SEM) pada filter
karbon-aktif [36]
Gambar 4.9. Perbedaan distribusi densitas pada produk uni-axial press [38]
Gambar 4.10. Hasil Scanning Electron Microscope (SEM) pada filter
silika-aktif [39]
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
viii
Daftar Tabel
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Luas permukaan untuk beberapa jenis material [7]
Tabel 2.2. Berbagai metode pembentukan pada keramik [16]
Tabel 3.1. Variasi komposisi berat material terhadap aditif [20]
Tabel 4.1. Data hasil Pengujian Total Dissolve Solids (TDS) [28]
Tabel 4.2. Data hasil pngujian kadar besi dan mangan (Fe-Mn) [29]
Tabel 4.3. Data hasil pengujian kuat-lentur filter karbon dan silika [31]
Tabel 4.4. Data hasil karakterisasi luas permukaan spesifik [35]
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
ix
Daftar Lampiran
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran L.1.1. Bahan kimia dengan tingkat probabilitas very-high
teradsorpsi oleh karbon-aktif
[45]
Lampiran L.1.2. Bahan kimia dengan tingkat probabilitas high
teradsorpsi oleh karbon-aktif
[46]
Lampiran L.1.3. Bahan kimia dengan tingkat probabilitas moderate
teradsorpsi oleh karbon-aktif
[46]
Lampiran L.1.4. Bahan kimia dengan tingkat probabilitas unlikely to be
effective teradsorpsi oleh karbon-aktif
[46]
Lampiran L.2.1. Data hasil pengujian kekuatan lentur filter karbon-aktif [47]
Lampiran L.2.2. Data hasil pengujian kekuatan lentur filter silika-aktif [48]
Lampiran L.3.1. Daftar bahan anorganik [49]
Lampiran L.3.2. Daftar bahan organik, disinfektan dan hasil
sampingannya
[49]
Lampiran 4. Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (20% Aditif) [51]
Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (25% Aditif) [52]
Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (30% Aditif) [53]
Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (35% Aditif) [54]
Data hasil SEM pada filter karbon-aktif (40% Aditif) [55]
Lampiran 5. Data hasil SEM pada filter silika-aktif (20% Aditif) [57]
Data hasil SEM pada filter silika-aktif (25% Aditif) [58]
Data hasil SEM pada filter silika-aktif (30% Aditif) [59]
Data hasil SEM pada filter silika-aktif (35% Aditif) [60]
Data hasil SEM pada filter silika-aktif (40% Aditif) [61]
Program Studi Teknik Material Institut Teknologi Bandung
Ibnu Maulana Yusuf 137 02 051
x